Físicos de Leipzig dedujeron las famosas ecuaciones de Einstein a partir de la información cuántica. Quizá la gravedad y el propio espacio no sean fundamentales, sino solo el modo en que la información del campo cuántico se ve «desde fuera»
Una manzana cae al suelo, la Luna gira alrededor de la Tierra, la luz se curva cerca de las estrellas. Hace más de un siglo, Albert Einstein explicó por qué ocurre así: la masa y la energía curvan el espacio-tiempo, y todo lo demás simplemente se mueve por esas curvaturas. Sus ecuaciones funcionan de manera impecable, desde las órbitas de los planetas hasta los agujeros negros. Pero no responden a una pregunta más profunda: ¿por qué el espacio es capaz de curvarse siquiera? ¿Qué es en realidad? Un nuevo trabajo de los físicos teóricos Philipp Dorau y Albert Much, del Instituto de Física Teórica de la Universidad de Leipzig, publicado en Physical Review Letters, una de las revistas de física más prestigiosas del mundo, propone una respuesta sorprendente. Las ecuaciones de Einstein pueden deducirse de la información cuántica, la que está escrita en el campo cuántico, esa base invisible que atraviesa todo el universo.
Esta idea tiene un famoso antecedente. En 1995, el físico estadounidense Ted Jacobson mostró que las ecuaciones de Einstein pueden obtenerse a partir de las leyes de la termodinámica, la ciencia del calor y la entropía. En su enfoque, la gravedad se parece a la presión de un gas: la presión no existe como una fuerza separada, surge del movimiento de innumerables moléculas. Del mismo modo, la gravedad podría no ser una fuerza fundamental, sino un efecto colectivo de algo más profundo: procesos que ocurren en el campo cuántico. Pero el enfoque de Jacobson tenía un punto débil: la entropía ordinaria en la teoría cuántica de campos resulta ser infinita, y durante mucho tiempo no se logró llevar su razonamiento a una forma cuántica rigurosa.
Dorau y Much encontraron un camino alternativo. En lugar de la entropía ordinaria, utilizaron la llamada entropía relativa cuántica, una medida de hasta qué punto un estado del campo cuántico es distinguible de otro, es decir, cuánta información cuántica los separa. Esta magnitud en la teoría cuántica de campos siempre es finita. Los físicos compararon dos estados del campo cuántico. El primero es el vacío, su estado fundamental. En física, este no es en absoluto la nada: no hay partículas en él, pero el campo cuántico vibra continuamente con fluctuaciones, y todas sus regiones están conectadas entre sí por una red invisible de entrelazamiento cuántico. El segundo es ese mismo campo, en el que ha aparecido materia o energía. Resultó que la «distinguibilidad» de estos dos estados es exactamente igual al flujo de energía del campo cuántico a través del horizonte, una frontera imaginaria en el espacio-tiempo. Y según la famosa ley de Bekenstein–Hawking, la entropía del horizonte, es decir, la cantidad de información que puede almacenar en sí mismo, es proporcional a su área. Al vincular una cosa con la otra, los autores obtuvieron las ecuaciones de Einstein que describen cómo la materia cuántica curva el espacio-tiempo.
La conclusión principal del trabajo suena casi filosófica: la curvatura del espacio-tiempo se deriva literalmente de cómo se almacena la información cuántica en el campo cuántico. Cuando en él aparece materia, el patrón de entrelazamiento cambia, y en el campo queda una especie de huella informativa. Es precisamente esa huella la que percibimos como gravedad. Por lo tanto, la gravedad podría resultar no ser una fuerza fundamental de la naturaleza, sino un fenómeno secundario. Y, junto con ella, el propio espacio. Lo que percibimos como geometría, curvaturas y atracción es el modo en que la información cuántica se ve «desde fuera». Igual que la imagen en una pantalla es solo la apariencia externa del código de programa que la dibuja, el espacio podría ser la apariencia externa de la información escrita en el campo cuántico. No se curva porque la masa lo presione, como una bola sobre una tela tensa, sino porque ha cambiado la propia información cuántica. En materiales anteriores de nuestra serie «El código de la realidad» contamos cómo la información cuántica puede construir la geometría del espacio y engendrar materia. El trabajo de Leipzig da el siguiente paso: al parecer, de la información cuántica nace también la propia gravedad.
Es importante comprender los límites de este resultado. No es una teoría cuántica definitiva de la gravedad; el principal problema sin resolver de la física sigue sin resolverse. Los autores trabajan en la llamada aproximación semiclásica: los campos cuánticos se consideran sobre el trasfondo de un espacio-tiempo ordinario, no cuántico. El cálculo se realiza para una clase determinada de estados del campo y se apoya en la ley de Bekenstein–Hawking como supuesto de partida. Los propios físicos hablan de su trabajo como un argumento riguroso, y no como una teoría acabada, y planean ampliar el enfoque hasta una gravedad cuántica plena. Pero la dirección ya es evidente. Quizá la manzana no cae porque la Tierra la atrae. Sino porque así está distribuida la información en el campo cuántico con el que está tejido el universo.
