Conflicto entre el Principio de Incertidumbre y la Relatividad General

Una de las primeras pruebas sobre la relatividad general, fué la observación de la curvatura de la luz al pasar cerca del Sol. El eclipse solar total de 1919 brindó la oportunidad de observar la luz procedente de una estrella, apareciendo antes un pequeño arco de 1,75 segundos, debido a la desviación de la luz por la gravedad del sol. Alternativamente y de forma equivalente, se podría decir que la masa del sol, produce una curvatura del espacio en su cercanía, y que la luz sigue por esa curvatura del espacio. Parte de la imagen del espacio proporcionado por la relatividad general es que la luz viaja en línea recta, excepto en las proximidades de las masas gravitacionales. Esto se describe a menudo diciendo que, en ausencia de masa gravitacional, el espacio es "plano".

Incluso en un espacio presumiblemente vacío y examinado a una escala extremadamente pequeña, esta "planitud" queda en entredicho por el principio de incertidumbre. Las dos formas del principio de incertidumbre

tiene implicaciones complementarias sobre pequeñas regiones del espacio-tiempo. Una partícula confinada en un pequeño espacio, tendrá una gran incertidumbre en su momento, y por ello una gran incertidumbre en la energía. En una pequeña escala de tiempo, la incertidumbre en la energía, mas la fórmula de Einstein, permite la creación de partículas masivas. Cuanto mas pequeña sea la escala en espacio y tiempo, se pueden crear partículas mas masivas, y la presencia de esa masa, significa que el espacio, ya no puede ser "plano" en esas escalas diminutas.

Greene emplea un lenguaje interesante en el "El Universo Elegante" para describir estas implicaciones del principio de incertidumbre. "La energía ... es la moneda convertible final. E=mc² nos dice que la energía se puede convertir en materia y viceversa." De modo que si la región de espacio y tiempo, es suficientemente pequeña, se pueden estar creando y destruyendo continuamente pares de partículas-antipartículas. Estos procesos son descritos a menudo, como "fluctuaciones" del vacío. Al decir que "el reino microscópico es intrínsecamente turbulento", Greene argumenta que "la mecánica cuántica muestra que no hay nada que le guste estar acorralado; el estrechamiento del enfoque espacial lleva a mayores ondulaciones." John Wheeler describe este mundo ultramiscroscópico como relleno de una "espuma cuántica", donde los pares de partículas-antipartículas, están continuamente creándose y aniquilándose.

Se puede argumentar que tales efectos no son manejables, siempre que no se vaya a escalas mas pequeñas que las partículas fundamentales, los quarks y los leptones. Pero los experimentos de dispersión de la mas alta energía hasta la fecha, alcanzan una resolución de alrededor de mil veces mas pequeña que un protón, y a esa resolución extrema, aún no se ve ninguna evidencia de estructura del electrón (un leptón) o del quark, de modo que todo parece estar hecho de partículas puntuales. Pero las partículas que se extienden espacialmente cero, implicaría fluctuaciones de energía infinita. Para evitar esta explosión de cada vez mas violentas "fluctuaciones del vacío", Greene y otros argumentan que hay un límite en la pequeñez de la escala a la que se puede llegar con la materia. Ellos proponen que la materia en su forma mas fundamental, está compuesta de "cuerdas" o "supercuerdas". Habiendo encontrado un montón de resistencia inicialmente, la "teoría de supercuerdas", está mirándose ahora mas cuidadosamente, como una forma de evitar la colisión frontal entre la relatividad general, y la mecánica cuántica a escala submicroscópica.