Image credit: Fermilab
Por Ross Pomeroy, Real Clear Science | 4 de septiembre de 2017
Mira el espacio bajo un microscopio y ¿qué ves? Nada. Amplialo hasta 1.000 veces. Nada. Amplialo aun más hasta 1,000,000 veces. Aún nada. Amplialo finalmente hasta 1,000,000,000 veces. Absolutamente nada.
En este punto, la persona promedio probablemente estaría satisfecha con la conclusión de que el espacio es, de hecho, absolutamente nada. Esto hace el sentido intuitivo, después de todo, y además, estamos ya más allá del poder de ampliación de los microscopios reales.
Sin embargo, los físicos cuánticos no son personas normales. Armados con microscopios teóricos, siguen magnificando, mirando más y más profundo en el espacio vacío hasta que de la nada, de repente, ven algo.
Ese algo es una colección de partículas virtuales, llamadas colectivamente espuma cuántica. Según los físicos cuánticos, las partículas virtuales existen brevemente como fugaces fluctuaciones en la estructura del espacio-tiempo, como burbujas en la espuma de la cerveza.
"Las" burbujas "en la espuma cuántica son cuadrillones de veces más pequeñas que los núcleos atómicos y duran por fracciones infinitesimales de una segunda o en" cuántica-hablan ", el tamaño de una Longitud Planck para un Tiempo Planck", Eric Perlman, un Profesor de Física y Ciencias Espaciales en el Instituto de Tecnología de Florida, dice.
Algo tan completamente pequeño, obviamente, no se ha observado directamente. Entonces, ¿por qué podemos estar seguros de que existe esta espuma cuántica? Una de las mayores evidencias fue predicha en 1947 por los físicos holandeses Hendrik Casimir y Dirk Polder. El físico experimental de Fermilab Don Lincoln explicó el llamado "Efecto Casimir" para PBS:
Si la espuma cuántica era real, razonaron, entonces las partículas deberían existir en todas partes en el espacio. Además, dado que las partículas también tienen una naturaleza ondulatoria, debe haber olas en todas partes. Así que lo que imaginaban era tener dos placas metálicas paralelas, colocadas una cerca de la otra. La espuma cuántica existiría tanto entre las placas como fuera de ellas. Pero debido a que las placas estaban colocadas una cerca de la otra, sólo podían existir ondas cortas entre las placas, mientras que ondas cortas y largas de longitud de onda podrían existir fuera de ellas. Debido a este desequilibrio, el exceso de ondas fuera de las placas debe dominar el menor número de ondas entre ellos, empujando las dos placas juntas. Treinta años después de la primera predicción, este efecto se observó cualitativamente. Se midió con precisión en 1997.
La idea de que el espacio es, en su fundamento, un caos espumoso y caótico, tiene enormes consecuencias para nuestra comprensión del universo.
"Es en tales escalas de corta distancia que nos encontramos con la incompatibilidad fundamental entre la relatividad general y la mecánica cuántica", escribió el teórico de la cadena y profesor de la Universidad de Columbia, Brian Greene, en su libro The Elegant Universe. "La noción de una geometría espacial lisa, el principio central de la relatividad general, es destruida por las fluctuaciones violentas del mundo cuántico en las escalas de corta distancia".
Por lo tanto, demostrar de manera concluyente que la espuma cuántica existe o no, sería muy útil para clasificar la verdadera naturaleza de la realidad. Pero, como sucede frustrantemente a menudo en la ciencia, los experimentos recientes no están de acuerdo. Una posible manera de probar la presencia de espuma cuántica es medir cuánto tiempo tardan los fotones en erupción de explosiones estelares para viajar grandes distancias. Si el espaciotiempo es plano y aburrido, dos fotones expulsados de la misma fuente deben tomar el mismo tiempo para recorrer una distancia establecida. Pero si el espacio-tiempo es espumoso, entonces un fotón puede ser disminuido por las ligeras perturbaciones. Un análisis de 2009 encontró que los fotones de alta energía y de baja energía de la misma ráfaga de rayos gamma llegaron a un lugar determinado en diferentes momentos, pero dos análisis subsiguientes de otras ráfagas mostraron poca o ninguna varianza, lo que indica que el espacio-tiempo es suave o al menos no tan espumoso.
Ninguno de los experimentos, sin embargo, puede medir con detalle lo suficientemente fino para descartar la espuma cuántica en la más pequeña de las escalas . Podríamos tener que esperar un microscopio que pueda ver hasta 1,6 x 10 ^ -35 metros -- la longitud de Planck -- para estar seguro, y la construcción de un dispositivo de este tipo sería una tarea alta de hecho.
Originalmente publicado en RealClearScience.
link rechazado: https://www.space.com/38030-what-does-space-look-like-under-a-microscope.html
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