La idea de que la gravedad podría tener un origen termodinámico no es completamente nueva. Desde la década de 1970, los físicos han descubierto conexiones sorprendentes entre la gravedad y la entropía
Un hallazgo en física teórica podría reescribir las reglas de la cosmología: una alternativa a Einstein que pone en la entropía el origen de la gravedad
Una nueva teoría sugiere que la gravedad podría surgir de la entropía cuántica, lo que sería una alternativa a la relatividad general y ofrecería pistas sobre la materia oscura y la energía oscura.
Fuente: Midjourney / Eugenio Fdz.
ugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
Creado: 6.03.2025
La gravedad es una de las fuerzas más familiares y, a la vez, una de las más misteriosas. Desde Newton hasta Einstein, nuestra comprensión de la gravedad ha evolucionado radicalmente. La teoría de la relatividad general de Einstein nos enseñó que la gravedad no es una fuerza en el sentido clásico, sino el resultado de la curvatura del espacio-tiempo causada por la materia y la energía. Pero, aunque esta teoría ha resistido todas las pruebas experimentales, sigue habiendo un problema fundamental: no encaja con la mecánica cuántica.
Este dilema ha llevado a los físicos a buscar una teoría de gravedad cuántica que una ambas perspectivas. Ahora, la profesora Ginestra Bianconi, de la Queen Mary University of London, ha propuesto una idea innovadora: ¿y si la gravedad no fuera una interacción fundamental, sino un fenómeno emergente derivado de la entropía cuántica? Su trabajo, publicado en Physical Review D, sugiere que la gravedad podría explicarse a partir de principios de información cuántica, ofreciendo una alternativa radical a la relatividad general.
La relación entre entropía, información y gravedad
La idea de que la gravedad podría tener un origen termodinámico no es completamente nueva. Desde la década de 1970, los físicos han descubierto conexiones sorprendentes entre la gravedad y la entropía. Por ejemplo, Jacob Bekenstein y Stephen Hawking demostraron que los agujeros negros poseen entropía y pueden emitir radiación. Estos hallazgos sugieren que la gravedad tiene un vínculo profundo con las leyes de la termodinámica y la teoría de la información.
Bianconi lleva esta conexión un paso más allá. En su estudio, plantea que el espacio-tiempo y su curvatura pueden entenderse en términos de entropía cuántica relativa, un concepto que mide la diferencia entre dos estados cuánticos. Específicamente, su modelo propone que la métrica del espacio-tiempo puede tratarse como un operador cuántico, similar a una matriz de densidad en mecánica cuántica. Esto permite describir la interacción entre la materia y la geometría del espacio-tiempo a través de principios de información cuántica.
Según el artículo, la acción para la gravedad se da por la entropía relativa cuántica entre la métrica del espacio-tiempo y la métrica inducida por los campos de materia. Esta formulación lleva a un conjunto modificado de ecuaciones de Einstein que, en ciertas condiciones, recuperan las ecuaciones clásicas de la relatividad general.
Esquema del marco teórico: La métrica inducida por el campo de materia y la del espacio-tiempo se afectan mutuamente. La lagrangiana se expresa en términos de entropía relativa cuántica, que se reduce a la entropía cruzada cuántica. Fuente: Physical Review D
El papel del campo G y la materia oscura
Uno de los aspectos más novedosos del estudio es la introducción de un nuevo campo auxiliar, llamado "campo G" (G-field). Este campo actúa como un multiplicador de Lagrange, una herramienta matemática que impone restricciones en el sistema. El campo G permite reformular las ecuaciones de la gravedad en términos de entropía cuántica, lo que conduce a la emergencia de una constante cosmológica positiva.
Este resultado es particularmente interesante porque, según el modelo estándar de la cosmología, el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado. Las observaciones indican la presencia de una energía oscura responsable de este fenómeno, pero su origen sigue siendo un misterio. El modelo de Bianconi sugiere que la constante cosmológica observada podría surgir naturalmente del campo G, ofreciendo una nueva vía para explicar la expansión acelerada del universo.
Algo más interesante: el estudio insinúa que el campo G podría estar relacionado con la materia oscura, la enigmática sustancia que constituye la mayor parte de la masa del cosmos. Aunque la materia oscura no ha sido detectada directamente, su influencia gravitatoria es evidente en el movimiento de las galaxias. Si la propuesta de Bianconi es correcta, el campo G podría proporcionar una nueva forma de describir esta misteriosa componente del universo.
Fuente: Midjourney / Eugenio Fdz.Implicaciones para la física moderna
Si esta teoría resulta ser correcta, podría cambiar radicalmente nuestra concepción de la gravedad y del universo. Actualmente, la física teórica busca una forma de unificar la relatividad general con la mecánica cuántica, algo que la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles intentan lograr desde hace décadas. El enfoque de la entropía cuántica ofrece una nueva perspectiva, basada en principios de información, que podría ser la clave para resolver este problema.
Si esta teoría resulta ser correcta, podría cambiar radicalmente nuestra concepción de la gravedad y del universo. Fuente: Midjourney / Eugenio Fdz.
Sin embargo, el modelo aún debe ser sometido a pruebas experimentales y refinamientos matemáticos. Una de las mayores dificultades es encontrar predicciones concretas que puedan verificarse mediante observaciones o experimentos. En particular, si el campo G está relacionado con la materia oscura, deberían diseñarse experimentos que permitan detectar su influencia de manera directa o indirecta.
Bianconi concluye su estudio destacando que una cuantización canónica de esta teoría de campos podría aportar nuevas ideas sobre la gravedad cuántica”. Este enfoque podría abrir nuevas líneas de investigación en cosmología y física fundamental, acercándonos a una comprensión más profunda de las leyes que rigen el universo.
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Referencias
Ginestra Bianconi. Gravity from entropy. Physical Review D, 2025. DOI: 10.1103/PhysRevD.111.066001.
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