L'univers quàntic autoorganitzat

Ja hem parlat alguna vegada en aquest modest blog d'un dels majors reptes de la física actual: l'assoliment de la Teoria del Tot, o aquella teoria que aconsegueixi unificar la mecànica quàntica amb la relativitat general, o expressat d'una altra manera, aquella teoria que sigui capaç d'explicar totes les forces del nostre univers, tant a escala microscòpica com a grans escales, i en definitiva que sigui capaç d'explicar l'evolució del nostre univers des del mateix moment del Big Bang (i aquí em refereixo a fraccions minúscules de segon). La gravetat quàntica és el camp de la física que tracta de buscar aquesta unificació.
La teoria que actualment compta amb més adeptes es la teoria de cordes, segons la qual les partícules més elementals són cordes vibrants, la vibració de les quals dóna a les partícules les característiques diferents que els hi observem (incloent una hipotètica partícula trasmisora de la gravetat). El petit problema que té és que no només no ha demostrat ni contestat cap gran qüestió encara, sinó que els seus exòtics ingredients donen lloc a múltiples solucions de les quals es poden treure grans palles mentals com les que us presentava l'última vegada.
La seva gran competidora és la gravetat quàntica de bucles, que aplica una nova tècnica per adaptar les regles quàntiques a la gravetat, obtenint un espai-temps discret (no continu) o dividit en àtoms de volum. El seu inconvenient és que encara no ha reproduit la gravetat clàssica en un sistema de 3+1 dimensions, que en el fons és en el què de moment creiem que vivim.
Stephen Hawking va fer famosa la gravetat quàntica euclídia, que aplica el principi fonamental de superposició, segons el qual un objecte quàntic constitueix la suma de tots els estats clàssics possibles (caracteritzats per posició i velocitat de l'objecte per exemple). Hawking va suposar que l'espai-temps és el promig quàntic de totes les seves conformacions possibles, sense diferenciar espai i temps. El problema va arribar quan, al poder realitzar simulacions informàtiques per determinar la forma i el tamany general d'aquests universos tetradimensionals, s'obtenien resultats inestables. L'espai s'arrugava en una bola d'infinites dimensions o formava un fil extramadament prim i llarg.
Què fallava del model de Hawking? Doncs una cosa tan "sencilla" (només m'ho sembla a mi?) com no haver definit la fletxa temporal, o una cosa tan "òbvia", com que el temps només va en una direcció i que tot efecte té una causa prèvia. Sí, fantasejant podem esperar que això no té perquè ser així, però fins el dia que ens trobem a la mà la pedra que acabem de tirar, és el què hem vingut observant des de l'inici de la nostra existència. I resumint, això és el què han fet una colla de físics moderns amb el seu model de "Triangulacions casuals dinàmiques", obtenint... sí, ho heu endevinat, un espai-temps continu tetradimensional sorprenentment semblant al què observem. Així que sense inventar res, aplicant el principi de superposició a un model d'espai-temps (amb fletxa de temps imposada), simulat a través d'una malla de petites partícules triangulars, un obté un model allunyat de les múltiples dimensions i universos que últimament estan tant de moda. Està clar, no tinc els suficients coneixements per jutjar cap de les teories aquí breument explicades, però de vegades dóna la sensació que els físics perden la noció de la realitat entre tanta equació matemàtica.
Són les triangulacions casuals dinàmiques la resposta que estàvem esperant? De moment ni molt menys. Com tota teoria haurà de predir efectes observables per ser validada. I és que com sempre, quan anem a dimensions microscòpiques (per sota de 10^-34 m) les nocions intuitives de tota teoria es venen abaix. En aquest cas les dimensions cauen a 2 i l'espai-temps conforma una estructura fractal (per sota de l'umbral es va repetint a sí mateixa en escales més petites ad infinitum).
En tot cas, d'anar pel bon camí, com a mínim a grans escales tornaríem a recuperar les nocions "intuitives" del nostre estimat univers infinit tancat i passarien a millor vida les branes i els espais de Calibi-Yau. Però com no podem estar tots content, els amants de la ciència-ficció, els viatges temporals i la possibilitat de viatjar superant a la velocitat de la llum no estarem d'enhorabona. I és que en aquest model els forats de cuc de "Contact" no tenen lloc. La colonització de l'univers passaria doncs de nou per grans naus espaials on successives generacions anessin arribant als nous sistemes planetaris perdent el contacte físic amb la Terra.

(Basat en l'article homònim de J. Ambjorn, J. Jurkiewicz i R. Loll d'Investigació i ciència 09/08)