Un nuevo estudio en cosmología cuántica plantea un enfoque innovador para abordar uno de los enigmas más antiguos de la física: el paso de lo cuántico a lo clásico. Esta transición es fundamental para entender cómo nuestro universo, lleno de estrellas y galaxias bien definidas, emergió de un estado primitivo y cuántico, donde las cosas podían estar en múltiples estados a la vez.

Los investigadores del estudio señalan que el modelo clásico de decoherencia, que explica cómo un sistema cuántico puede perder su naturaleza cuántica debido a interacciones con su entorno, no es suficiente para el universo. Dado que el universo no tiene un “observador” externo que provoque esta transición, debemos buscar otros mecanismos que permitan el colapso de las probabilidades cuánticas a una realidad definida.

Para entender la paradoja de la superposición cuántica, a menudo se menciona el famoso experimento mental del gato de Schrödinger. Imagina un gato en una caja con un dispositivo que puede liberar veneno si un átomo radiactivo se desintegra. Hasta que se abra la caja, el gato está, al mismo tiempo, vivo y muerto, dependiendo de si el átomo se ha desintegrado. Este fenómeno de superposición cuántica ilustra la peculiaridad de la mecánica cuántica: las cosas pueden existir en múltiples estados a la vez hasta que se observan o se miden.

En el universo, sin embargo, no hay nadie que “abra la caja”. Entonces, ¿cómo pasamos de un estado de múltiples posibilidades a un universo donde las cosas son sólidas y predecibles?

La expansión del Universo
La expansión del Universo. Crédito: NASA / Dominio público / Wikimedia Commons

Los científicos proponen un nuevo modelo llamado “colapso espontáneo de la función de onda”. Este modelo sugiere que las probabilidades cuánticas colapsan por sí mismas, sin necesidad de un observador externo. Es como si el gato de Schrödinger decidiera por sí mismo si está vivo o muerto, sin que nadie abra la caja para comprobarlo.

El estudio muestra que el colapso espontáneo puede aplicarse a modelos de relatividad general, donde el universo es visto como un espacio-tiempo que evoluciona. A partir de una superposición cuántica de diferentes geometrías espacio-temporales, el colapso espontáneo puede seleccionar una única geometría bien definida. Esto puede explicar cómo el universo pasó de ser algo caótico y cuántico a algo clásico y tangible.

Además, esta idea puede ofrecer una solución al problema de la constante cosmológica, que es la energía oscura que parece estar impulsando la expansión acelerada del universo. En lugar de depender de complejas teorías de multiversos o principios antrópicos, el colapso espontáneo sugiere que la constante cosmológica emerge como resultado del colapso de una superposición de diferentes valores posibles.

Los autores del estudio señalan que este enfoque no se limita a un modelo específico, sino que puede aplicarse a otros contextos de cosmología cuántica. Aunque no resuelve por completo el problema del tiempo en la gravedad cuántica, proporciona un marco prometedor para explorar el universo y sus orígenes.

Fuentes

Gaona-Reyes, J.L., Menéndez-Pidal, L., Faizal, M. et al. Spontaneous collapse models lead to the emergence of classicality of the Universe. J. High Energ. Phys. 2024, 193 (2024). doi.org/10.1007/JHEP02(2024)193

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