Cuando el espacio-tiempo hace ruido: cómo los interferómetros buscan las huellas de la gravedad cuántica
El espacio-tiempo podría no ser tan silencioso como creemos. Un nuevo marco teórico explica cómo interferómetros capaces de medir distancias más pequeñas que un protón podrían detectar las fluctuaciones microscópicas que algunas teorías proponen como la clave para entender la gravedad cuántica.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Ilustración conceptual de un interferómetro láser midiendo posibles fluctuaciones microscópicas del espacio-tiempo, un fenómeno previsto por varias teorías de la gravedad cuántica. Un nuevo estudio propone un marco unificado para identificar las huellas de estas fluctuaciones en experimentos como LIGO y en interferómetros de laboratorio como QUEST y GQuEST. Crédito: IA-DALL-E-©RexMolón Producciones
Una de las grandes obsesiones de la física moderna es entender qué ocurre con la gravedad cuando se la observa a la escala más pequeña imaginable. Allí donde la relatividad general —la teoría de Einstein— describe un espacio-tiempo suave y continuo, la mayoría de las teorías cuánticas anticipan algo muy distinto: una geometría que fluctúa, vibra o se agita como la espuma de un mar microscópico.
Detectar esas fluctuaciones del espacio-tiempo sería una revolución comparable al hallazgo de las ondas gravitacionales. Y, sorprendentemente, los instrumentos diseñados para escuchar colisiones de agujeros negros podrían servir también para explorar esta frontera última de la física fundamental.
Un nuevo trabajo publicado en la revista Nature Communications propone, por primera vez, un marco unificado para clasificar esas hipotéticas fluctuaciones del espacio-tiempo y relacionarlas directamente con lo que medirían los interferómetros láser, como el observatorio LIGO y los experimentos de laboratorio QUEST y GQuEST. El estudio no ofrece una teoría definitiva de la gravedad cuántica, pero sí algo quizá igual de valioso: una guía clara para saber qué buscar en los datos y cómo distinguir unas ideas de otras.
Qué son las fluctuaciones del espacio-tiempo
La noción de que el espacio-tiempo no es perfectamente liso se remonta a los años cincuenta, cuando el físico teórico estadounidense John Archibald Wheeler introdujo el concepto de espuma cuántica.
Desde entonces, distintas teorías de la gravedad han sugerido que, a escalas diminutas, la geometría del universo podría fluctuar de forma aleatoria, ya sea por efectos cuánticos, por procesos semiclásicos o incluso como consecuencia de un entramado profundo de entrelazamiento cuántico.
El problema ha sido siempre el mismo: esas fluctuaciones serían extraordinariamente pequeñas, muy por debajo de lo que podemos percibir de manera directa.
Cómo los interferómetros pueden detectar la gravedad cuántica
Aquí entran en escena los interferómetros láser. Estos dispositivos comparan con una precisión extrema la longitud de dos brazos perpendiculares por los que viaja la luz. Si el espacio-tiempo se estira, se contrae o fluctúa, aunque sea de forma imperceptible, el patrón de interferencia de la luz cambia. Así fue como LIGO detectó por primera vez ondas gravitacionales en 2015.
Desde entonces, algunos físicos se preguntan si esos mismos instrumentos podrían captar también un ruido más sutil: el producido por las fluctuaciones fundamentales del espacio-tiempo.
🗣️ «Los interferómetros pueden medir el espacio-tiempo con una precisión extraordinaria. Sin embargo, para medir fluctuaciones del espacio-tiempo con un interferómetro, necesitamos saber dónde buscar —es decir, en qué frecuencia— y qué aspecto tendrá la señal —apunta Sander Vermeulen, investigador del Instituto Tecnológico de California (Caltech) y coautor del estudio. Y añade—: Con nuestro marco teórico ahora podemos predecir esto para una amplia gama de teorías de la gravedad. Nuestros resultados muestran que los interferómetros son herramientas potentes y versátiles en la búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad».
El experimento QUEST logró niveles récord de sensibilidad en la medición del espacio-tiempo en solo tres horas de observación. Este interferómetro de laboratorio forma parte de una nueva generación de instrumentos compactos que podrían aportar información clave para detectar posibles fluctuaciones microscópicas del espacio-tiempo y poner a prueba teorías de la gravedad cuántica. Cortesía: H.Grote, Cardiff University
Tres tipos de fluctuaciones según la teoría
El nuevo estudio aborda esta posibilidad desde un enfoque deliberadamente amplio. En lugar de centrarse en un modelo concreto de gravedad cuántica, los autores parten de una idea general: cualquier teoría que describa fluctuaciones del espacio-tiempo puede caracterizarse de manera matemática por cómo están correlacionadas esas fluctuaciones entre dos puntos distintos. Dicho de otro modo, si el espacio-tiempo fluctúa en un punto, ¿hasta qué distancia y durante cuánto tiempo se nota ese efecto en otros puntos?
A partir de este criterio, el trabajo clasifica las posibles fluctuaciones en tres grandes familias:
1️⃣ La primera agrupa los modelos en los que las correlaciones se separan limpiamente en una parte espacial y otra temporal y decaen de forma rápida con la distancia. Este tipo de comportamiento es típico de ciertos modelos semiclásicos, en los que la gravedad sigue siendo esencialmente clásica, pero está acoplada a procesos cuánticos.
2️⃣ La segunda familia incluye las fluctuaciones con correlaciones de largo alcance, que decrecen de forma lenta, como una potencia inversa de la distancia. En estos modelos, una perturbación del espacio-tiempo en un punto puede influir en regiones muy alejadas. Este tipo de correlaciones aparece en teorías inspiradas en la gravedad cuántica efectiva o en modelos holográficos, donde el espacio-tiempo emerge de grados de libertad más profundos.
3️⃣ La tercera familia describe fluctuaciones con un decaimiento exponencial, que conservan cierta correlación a distancias finitas pero la pierden rápidamente más allá de una escala característica. Este comportamiento se asocia a ideas en las que el espacio-tiempo surge del entrelazamiento cuántico o a interpretaciones mesoscópicas de la gravedad.
🗣️ «Los distintos modelos de la gravedad predicen tendencias subyacentes muy diferentes en las fluctuaciones aleatorias del espacio-tiempo, y eso ha dejado a los experimentadores sin un objetivo claro” —señala Sharmila Balamurugan, profesora en la Universidad de Warwick y primera autora del trabajo. Y continúa—: Nuestro trabajo ofrece la primera guía unificada que traduce estas predicciones teóricas abstractas en señales concretas y medibles».
Identificar la naturaleza de las fluctuaciones del espacio-tiempo
La clave del trabajo está en traducir estas tres clases abstractas de fluctuaciones en señales experimentales que podrían aparecer en los interferómetros. Para ello, los autores calculan cómo sería el espectro de potencia —una especie de huella digital en frecuencia— del ruido inducido por cada tipo de fluctuación. El resultado es sorprendentemente claro: cada clase produce firmas características y distinguibles.
La primera firma aparece a bajas frecuencias. Algunas fluctuaciones generan un ruido que crece con la frecuencia, mientras que otras producen un espectro prácticamente plano. La segunda firma se manifiesta a altas frecuencias, donde el ruido decae, pero a ritmos muy distintos según la clase de correlación. La tercera firma es la dependencia con la longitud de los brazos del interferómetro: en ciertos modelos, al aumentar el tamaño del instrumento la señal crece; en otros, no cambia o incluso se atenúa.
Estas diferencias no son un detalle técnico menor. En principio, permitirían usar los datos experimentales para descartar familias enteras de teorías de la gravedad, algo que hasta ahora no era posible. «No se trata solo de detectar si hay fluctuaciones del espacio-tiempo, sino de identificar su naturaleza», señalan los autores.
LIGO frente a interferómetros de laboratorio
El estudio también arroja luz sobre un debate reciente en la comunidad científica: si los grandes interferómetros con cavidades ópticas, como el LIGO, son adecuados para buscar este tipo de señales o si, por el contrario, los experimentos de laboratorio ofrecen ventajas decisivas. La respuesta es matizada.
Según los cálculos, los interferómetros con cavidades tienen una enorme ventaja para detectar la presencia o ausencia de fluctuaciones del espacio-tiempo, porque amplifican la señal en una frecuencia concreta, la asociada al tiempo de ida y vuelta de la luz en sus brazos. En LIGO, esa frecuencia ronda los 37.500 hercios.
Sin embargo, esa misma característica los hace menos idóneos para distinguir entre distintos tipos de fluctuaciones, ya que su sensibilidad se concentra en una banda estrecha. En cambio, experimentos más pequeños como QUEST y GQuEST, con brazos de apenas unos metros, pueden explorar un rango de frecuencias mucho más amplio. Eso los convierte en herramientas privilegiadas para identificar las firmas características y, por tanto, para discriminar entre modelos teóricos.
Ilustración del primer evento de ondas gravitacionales detectado por LIGO en 2015, producido por la fusión de dos agujeros negros. Aunque estas señales confirman predicciones de la relatividad general, los interferómetros que las detectaron también podrían servir para buscar un fondo mucho más sutil: las posibles fluctuaciones microscópicas del espacio-tiempo asociadas a la gravedad cuántica.
Qué dicen los datos experimentales actuales
El trabajo no se queda en la teoría. Los autores comparan sus predicciones con datos reales de dos experimentos: el Holometer, ya retirado, y QUEST, que acaba de presentar sus primeras mediciones. En ninguno de los dos casos se observa una señal atribuible a fluctuaciones del espacio-tiempo.
Pero lejos de ser una decepción, este resultado permite imponer límites cuantitativos a la intensidad y a la escala de correlación de esas fluctuaciones en las tres clases estudiadas.
“Esto significa que ahora podemos poner a prueba toda una clase de predicciones de la gravedad cuántica utilizando interferómetros existentes, en lugar de esperar a tecnologías completamente nuevas —subraya Balamurugan—. Es un paso importante para llevar algunas de las preguntas más fundamentales de la física al terreno de la experimentación».
Por qué este marco cambia la búsqueda de la gravedad cuántica
Más allá de sus resultados concretos, el valor principal del estudio reside en la metodología. Al vincular directamente las propiedades estadísticas del espacio-tiempo con observables experimentales, el trabajo establece un puente entre teorías abstractas y datos reales.
Además, el enfoque es lo bastante general como para aplicarse a futuros experimentos, a configuraciones interferométricas más complejas o incluso a la búsqueda de otros fenómenos exóticos, como ondas gravitacionales de ultraalta frecuencia o ciertos tipos de materia oscura.
🗣️ «La gran ventaja de esta metodología es que nos permite tratar cualquier modelo de fluctuaciones del espacio-tiempo de una forma coherente y comparable —dice Animesh Datta, catedrático de Física Teórica en la Universidad de Warwick. Y concluye—: En los próximos años, podremos utilizarla para diseñar interferómetros de laboratorio más inteligentes, capaces de confirmar o descartar posibles teorías de gravedad cuántica o semiclasica, e incluso poner a prueba nuevas ideas sobre la materia oscura y las ondas gravitacionales estocásticas [un fondo continuo de ondas gravitacionales producido por la superposición de muchas fuentes débiles y lejanas, en lugar de por un único evento violento como la fusión de dos agujeros negros]».
La gravedad cuántica sigue siendo una de las grandes incógnitas de la ciencia contemporánea. No sabemos si el espacio-tiempo fluctúa realmente, ni cómo lo haría. Pero gracias a trabajos como este, la pregunta empieza a transformarse: ya no es solo una especulación filosófica, sino un problema experimental bien planteado. Quizá el universo, en su nivel más profundo, no sea completamente silencioso. Y ahora, por primera vez, sabemos mejor cómo escuchar ese posible murmullo.▪️(22-enero-2026)
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Información facilitada por la Universidad de Warwick
Fuente: Sharmila, B., Vermeulen, S.M. & Datta, A. Signatures of correlation of spacetime fluctuations in laser interferometers. Nature Communications (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-67313-3
