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Gravedad, objetos cuánticos y violaciones del principio de equivalencia
¿Cómo responden los objetos cuánticos a la gravedad? Parece una pregunta bastante simple y, sin embargo, deja a los teóricos rascándose la cabeza. Y así debería ser. El análisis hasta la fecha implica que los objetos cuánticos violan la idea fundamental de que la masa gravitacional y la inercial son la misma cosa, una idea conocida como principio de equivalencia.
Aquí está el pensamiento tal como lo expusieron hoy Timir Datta en la Universidad de Carolina del Sur y su amigo Ming Yin: En la segunda década del siglo XX, un grupo en Caltech comenzó a desconcertar las propiedades inerciales de los electrones en los conductores. Argumentaron que el extremo posterior de una barra de metal en aceleración tendría carga negativa porque los electrones se retrasarían con respecto a la red conductora a medida que se aceleraba. Asimismo, supusieron que la circunferencia de un disco giratorio también estaría cargada negativamente con electrones lanzados hacia la periferia.
Según este análisis, el efecto de una aceleración lineal o radial en un fluido cuántico es el mismo que en un fluido newtoniano, como el agua en un balde giratorio. Richard Tolman y otros incluso afirmaron haber medido esta acumulación de carga.
Pero de acuerdo con el principio de equivalencia, si una aceleración puede tener este efecto sobre los electrones, también puede hacerlo un campo gravitacional.
Aquí las cosas se vuelven un poco más complejas. Calcular el equilibrio que se produce cuando la gravedad actúa sobre un cristal sólido lleno de electrones conductores no es tarea fácil.
Resulta que si el cristal es rígido, la gravedad empuja los electrones hacia abajo, creando una pequeña acumulación de carga negativa en la parte inferior del cristal y un pequeño campo eléctrico que apunta hacia abajo. Eso es exactamente lo que implica el principio de equivalencia.
Sin embargo, si el cristal es deformable, la gravedad tiene un efecto mayor en la red que en los electrones. En este caso, la gravedad comprime la red, creando una densidad de carga positiva hacia la parte inferior del conductor. Ahora el campo eléctrico es varios órdenes de magnitud más grande y apunta en la dirección opuesta.
Ese es un resultado preocupante porque significa que debería ser posible diferenciar entre una aceleración inercial y una gravitacional midiendo la dirección del campo eléctrico que se acumula. Y según la relatividad general, eso no es posible. Seguramente la relatividad general, una de las piedras angulares de la física moderna, no puede equivocarse en este punto. Entonces, ¿qué salió mal?
Una pregunta obvia que no tiene respuesta (al menos por Datta y Yin) es por qué una aceleración inercial no comprime la red cristalina de la misma manera que un campo gravitacional, creando el mismo tipo de densidad de carga positiva.
Las mediciones realizadas por Tolman y otros sugieren que este tipo de compresión no ocurre.
A menos que las medidas sean incorrectas. ¿Podría ser que este enigma surja solo debido a unas pocas mediciones erróneas?
Si es así, quizás sea el momento de que alguien los vuelva a intentar.
Ref: arxiv.org/abs/0908.3885 : ¿Rompen los sistemas cuánticos el principio de equivalencia?