El número que Albert Einstein llamó una vez su mayor error podría tener sentido por fin. Los físicos han estado desconcertados durante mucho tiempo por la constante cosmológica, un valor que describe la energía que impulsa la expansión acelerada del universo. La teoría cuántica predice que este número debería ser astronómicamente grande, casi infinito. Pero las observaciones reales muestran que es notablemente pequeño. Ahora, investigadores de la Universidad Brown en Estados Unidos han encontrado una posible razón.
Un vínculo oculto entre la gravedad y un material exótico
El equipo descubrió que las matemáticas detrás de una versión simple de la gravedad cuántica coinciden estrechamente con las matemáticas del efecto Hall cuántico. Ese es un extraño estado de la materia donde la conductancia eléctrica se fija en valores extremadamente precisos y se mantiene así incluso cuando el material tiene defectos. La estabilidad proviene de la topología, una rama de las matemáticas que estudia la forma subyacente de un sistema. Los investigadores argumentan que una característica topológica similar aparece en el estado Chern-Simons-Kodama, un estado fundamental propuesto de la gravedad cuántica.
Cómo la topología doma un problema de energía infinita
Según la teoría cuántica de campos, el espacio vacío debería estar lleno de pequeñas fluctuaciones que contribuyen con una energía enorme a la constante cosmológica. Pero el equipo de Brown mostró que si el propio espacio-tiempo tiene una cierta topología no trivial, esas perturbaciones cuánticas se vuelven inertes. Ya no inflan el valor de la constante. La topología esencialmente protege la constante cosmológica de los efectos disruptivos de las fluctuaciones cuánticas, manteniéndola estable y pequeña.
El ajuste original de Einstein y el nuevo giro
Einstein añadió por primera vez la constante cosmológica a sus ecuaciones de la relatividad general porque pensaba que el universo era estático. Necesitaba una fuerza repulsiva en el espacio vacío para evitar que sus ecuaciones predijeran un cosmos en colapso. Más tarde, cuando la evidencia mostró que el universo se expandía, supuestamente llamó a la constante su mayor error. Pero las observaciones modernas la han revivido. El universo no solo se expande, se acelera. La constante cosmológica es la forma más simple de describir esa aceleración, pero su diminuto valor observado ha seguido siendo un profundo enigma.
El estudio, publicado en Physical Review Letters, fue coautorado por el profesor de física de Brown, Stephon Alexander, junto con Aaron Hui y Heliudson Bernardo del Centro de Física Teórica de Brown. Su trabajo no afirma haber resuelto el problema por completo. Ofrece una conexión matemática que podría apuntar hacia una explicación completa. La idea de que la propia forma del espacio-tiempo podría mantener pequeña la constante cosmológica es un nuevo camino para que los físicos exploren.
