Imagen creada por inteligencia artificial. (Cedida por los autores)
El equipo, dirigido por el físico y matemático español Robert Monjo , de la facultad de matemáticas y ciencias de la computación de la Saint Louis University, ha publicado sus resultados en la prestigiosa revista General Relativity and Gravity. La investigación cuenta con la colaboración del profesor Rutwig Campoamor-Stursberg, director del Departamento de Álgebra, Geometría y Topología de la Universidad Complutense de Madrid y el investigador postdoctoral Álvaro Rodríguez Abella de la Universidad de California, Los Angeles (EEUU).
De la curvatura del espacio de Einstein a la torsión
Einstein planteó en su famosa Teoría de la Relatividad General, publicada en 2016, que la gravedad es en realidad una curvatura del espacio-tiempo provocada por la masa de los objetos espaciales. El espacio-tiempo sería como una tela suave y elástica que se hunde con el peso de objetos como el Sol o los planetas que hay a su alrededor.
“Los movimientos elípticos de los planetas se describen como la línea más rectilínea posible (conocida como geodésica) en un espacio-tiempo que se curva por la masa del Sol”, explican los investigadores. “Sin embargo, la otra teoría publicada en 1928 por el mismo Einstein, que se mantuvo casi olvidada durante décadas, ya demostró que la curvatura produce los mismos efectos dinámicos que una torsión del espacio-tiempo”.
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Para explicar la diferencia entre curvatura y torsión, el equipo pone como ejemplo las distintas maneras de visualizar un muelle. Cuando un muelle se aplasta desde arriba queda achatado como si fuera un círculo, esto nos da la perspectiva de una curvatura circular. Pero si ese mismo muelle se estira hasta casi dejarlo recto, quedará retorcido (torsión) como si fuera un finísimo tornillo.
“El espacio-tiempo sería una maraña de rectas con torsión como esos finísimos tornillos muy extensos, pero con una doble hélice en vez de con la simple torsión del muelle”, explica Monjo en declaraciones para Novaceno. “Las propiedades de estos muelles son asombrosas, ya que realizan exactamente la misma fuerza que la acción de la hipotética curvatura del espacio-tiempo definida por la relatividad general de Albert Einstein. Entonces, ambas teorías serían equivalentes en términos de efectividad en los fenómenos observados, de ahí la equivalencia entre el círculo plano y la recta con torsión”.
Cómo es el tejido del espacio-tiempo realmente Los investigadores aseguran que la torsión generada por dos "bosones virtuales" pueden producir un fenómeno similar al producido por el gravitón, la hipotética partícula de la gravedad. Esta partícula, aseguran, se caracteriza por un giro doble (spin 2) semejante a la doble hélice del ADN.
“Dicho de manera simplificada, el spin es la propiedad por la cual las partículas giran sobre sí mismas y el valor de spin 2 significa que la doble hélice solo necesita dar media vuelta para quedarse igual que como estaba", explica Monjo.
Según el investigador, la gravedad no es una tela elástica que se hunde por los objetos masivos, sino que es más bien un plano que se estira o se replega en torno a los objetos más grandes, provocando que otros objetos más pequeños se acerquen o se alejen.
“La imagen se complica todavía más cuando vemos que la tensión sobre esa tela dependería del agarre sobre ella. En concreto, las partículas con carga de color reaccionan de forma diferente a las demás, incluidas las partículas con carga eléctrica, que también se sujetarían al espacio-tiempo de una forma distinta a las partículas neutras, causando los fenómenos electromagnéticos”, dice Monjo.
Cerca de la teoría que lo explica todo Con esta teoría, añade Monjo, los conceptos de gravedad y electromagnetismo se podrían incluir dentro de un nuevo concepto más general que puede explicar casi todas las fuerzas del universo: la gravedad coloreada. Esta idea es similar a la que propusieron los físicos Theodor Kaluza y Oskar Klein entre 1919 y 1926, aunque ellos necesitaron suponer una quinta dimensión además de las cuatro conocidas.
“La quinta dimensión de Kaluza-Klein fue imaginada como círculos diminutos enrollados en el espacio-tiempo. Un círculo es una línea curva y, por lo tanto, representa a una dimensión adicional. La idea de Kaluza-Klein es que cada línea del espacio-tiempo sería como una cuerda o cilindro que parece una recta (una dimensión) cuando se mira de lejos, pero que en realidad es una superficie cilíndrica (dos dimensiones)”, dice el investigador. “Esta dimensión extra dio pie posteriormente a la teoría de cuerdas. Estas teorías necesitan trabajar con curvaturas, al igual que la teoría de la relatividad general, pero añadiendo más dimensiones y compactificándolas (escondiéndolas) dentro de las rectas del espacio-tiempo”.
La teoría de los investigadores españoles, sin embargo, usa otra perspectiva: la torsión. “Puesto que existe una equivalencia con la curvatura, no necesitamos añadir dimensiones extra, pero sí otras propiedades de colores al espacio-tiempo” , asegura.
Las partículas, explica Monjo, son como roscas de diferente tipo que para diferenciarlas entre sí se asocian a un color que imita al espectro visible. Actualmente, existen 8 cargas de color distintas que funcionan como un pegamento (gluon en inglés) que es muy fuerte entre ciertas partículas. En la nueva teoría, el espacio-tiempo estaría repleto de esas roscas acopladas entre sí para cerrarse (neutralizarse) mutuamente. Pero no habría 8, sino 15 en realidad, de los cuales ocho podrían ser gluones, uno el fotón que es responsable del electromagnetismo, tres responsables de la desintegración y otros tres que aún faltan por identificar.
“Estamos intentando averiguarlo en estos momentos y esperamos tener más detalles en los próximos meses. Este conjunto de 15 colores distintos supondría una teoría más general que incluye a las actualmente conocidas”, afirma Monjo. “De confirmarse nuestro hallazgo, estaríamos a tan solo uno o dos pasos de una teoría candidata a representar todas o casi todas las fuerzas de la naturaleza. Pero necesitamos trabajar más para explorar todas las implicaciones de nuestros resultados”.
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