Por qué el espacio-tiempo en la escala más pequeña puede ser bidimensional

En 1973, George Ellis y Stephen Hawking publicaron un libro titulado The Large Scale Structure of Spacetime. Su objetivo, dijeron, era comprender el espacio-tiempo en una escala que va desde 10 ^ (- 13) cm a 10 ^ 28 cm o, en otras palabras, desde el tamaño de las partículas elementales hasta el radio del universo.

Eso puede parecer ambicioso, pero casi 40 años después, los cosmólogos lo han logrado, dice Steve Carlip, físico teórico de la Universidad de California en Davis. En lo mejor de nuestra capacidad para medir tal cosa, se comporta como una variedad Riemanniana suave (3 + 1) -dimensional.

Es por eso que los físicos teóricos han centrado su atención en la estructura del espacio-tiempo en escalas aún más pequeñas. Sin embargo, aquí hay un problema. En su mayor parte, no tenemos observaciones directas ni un marco teórico generalmente aceptado para describir la estructura del espacio-tiempo a muy pequeña escala, dice Carlip. De hecho, nadie está seguro de si los términos 'espacio' y 'tiempo' tienen un significado razonable a esta escala.

Hoy, Carlip describe su propia y fascinante visión del problema, que es que el espacio-tiempo en la escala más pequeña puede ser bidimensional. Si bien eso puede parecer un poco contradictorio, dice que hay un número creciente de indicadores (la evidencia es una palabra demasiado fuerte) que apuntan a esa conclusión.

Carlip dice que el trabajo reciente en la gravedad cuántica de bucles, la teoría de cuerdas de alta temperatura, el análisis grupal de renormalización aplicado a la relatividad general y otras áreas de la investigación de la gravedad cuántica, todo apunta a un espacio-tiempo bidimensional en la escala más pequeña. En la mayoría de estos casos, el número de dimensiones simplemente colapsa en un proceso llamado reducción dimensional espontánea a medida que se reduce la escala.

Una pregunta obvia es que si solo hay dos dimensiones presentes en esta escala, ¿cuáles son? Carlip calcula que deben ser uno de tiempo y uno de espacio. En cada punto, la dinámica elige una dirección espacial preferida, lo que lleva a una física local de aproximadamente (1 + 1) dimensión, dice.

Luego se mueve a un territorio interesante con la afirmación de que esta dirección preferida debe determinarse clásicamente y luego aleatorizarse mediante los procesos físicos que operan en estas escalas. Eso suena tentadoramente como una teoría de variables ocultas del tipo que podría complacer al menos a un físico ganador del premio Nobel.

La pregunta del millón de dólares es si la opinión de Carlip sobre el tema es correcta. Admite alegremente que la idea sigue siendo muy especulativa. Eso no lo distingue de manera significativa de gran parte del resto de la cosmología moderna.

Sin embargo, a diferencia de muchos teóricos de la gravedad cuántica, Carlip insinúa el tipo de experimentos que podrían demostrar que tenía razón. El proceso que he descrito rompe la invariancia de Lorentz en la escala de Planck, e incluso las pequeñas violaciones a esa escala pueden magnificarse y dar lugar a efectos observables a gran escala, dice.

Ese es un pensamiento interesante. Lo que está diciendo es que las leyes de la física a esta escala deberían cambiar según la dirección en la que viaje. Y aunque variarán constantemente de forma aleatoria, eso aún podría medirse en un experimento lo suficientemente inteligente.

Es hora de que los experimentadores se pongan las manos a la obra.

Ref: arxiv.org/abs/1009.1136 : La estructura a pequeña escala del espacio-tiempo

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