El físico Albert A. Michelson decía que los detalles importan más que las grandes ideas. En 1887, se embarcó junto con Edward Morley en un experimento que no confirmó lo que esperaban, pero cambió la física para siempre. Al no encontrar diferencias en la velocidad de la luz al medirla en distintas direcciones, ofrecieron sin querer una de las pruebas más tempranas de que la luz se comporta igual sin importar cómo se mueva el observador. Esta aparente ausencia de resultados inspiró, décadas después, uno de los postulados fundamentales de la teoría de la relatividad especial de Einstein: la velocidad de la luz es constante en el vacío para todos los observadores.
Más de un siglo después, ese principio sigue en pie. Pero la física actual no se conforma con asumir que las bases están firmes. En lugar de repetir lo que ya se sabe, un nuevo estudio ha llevado este postulado al límite, usando rayos gamma de altísima energía emitidos a miles de millones de años luz. El resultado no solo confirma con una precisión sin precedentes la constancia de la velocidad de la luz, sino que permite traducir los límites anteriores en parámetros útiles para una teoría más general: una que intenta, algún día, unir la física cuántica con la gravedad.
¿Qué significa poner a prueba la constancia de la velocidad de la luz?
La idea de que la velocidad de la luz en el vacío es invariable está en el corazón de toda la física moderna. Es un principio tan fundamental como universal: de él depende la estructura del espacio-tiempo, el funcionamiento del GPS y la coherencia interna del modelo estándar de partículas.
El nuevo estudio, publicado en Physical Review D, no busca reemplazar esta idea, sino ver si podría haber ligerísimas desviaciones en contextos extremos, como los que propone la física cuántica aplicada a la gravedad. Para ello, los autores se apoyan en una predicción común a varias teorías de gravedad cuántica: si hay violaciones de la invariancia de Lorentz, la velocidad de la luz podría depender —muy ligeramente— de la energía del fotón. Es decir, un fotón de alta energía podría viajar más rápido o más lento que uno de baja energía, algo que rompería con lo que Einstein planteó.
Como estas diferencias serían mínimas, se necesita una herramienta muy precisa para detectarlas. Y esa herramienta no es otra que el universo mismo. Si un rayo gamma de muy alta energía se emite a miles de millones de años luz de distancia, y llega a la Tierra con un retraso respecto a otros fotones, podría deberse a ese efecto cuántico. O a otra cosa. Por eso, distinguir qué se debe al instrumento, al entorno o a una física nueva es el reto central.
Astrofísica como laboratorio: rayos gamma contra la relatividad
El equipo liderado por Mercè Guerrero y Anna Campoy-Ordaz ha aprovechado una técnica basada en el análisis del tiempo de llegada de los fotones. Se centra en lo que se conoce como fuentes astrofísicas de alta variabilidad, como estallidos de rayos gamma (GRBs) o núcleos activos de galaxias (AGNs). Estos eventos emiten fotones de muchas energías al mismo tiempo. Si la velocidad de la luz variara mínimamente con la energía, esos fotones llegarían separados.
“Observaciones de retrasos dependientes de la energía en el tiempo de llegada de fotones emitidos simultáneamente por fuentes distantes ofrecen restricciones significativas a la violación de la invariancia de Lorentz”, explican los autores del artículo .
Lo que han hecho no es simplemente registrar los datos, sino combinar resultados de múltiples fuentes con una técnica estadística novedosa que permite convertir esos límites en parámetros concretos del modelo teórico conocido como SME (Standard-Model Extension). Esta teoría contempla posibles violaciones de Lorentz que serían compatibles con otras leyes fundamentales.
La novedad del enfoque: convertir límites en coeficientes medibles
Uno de los logros clave del artículo es técnico pero crucial: traducir los límites observacionales sobre la velocidad de la luz en parámetros del SME, algo que hasta ahora se había hecho de forma muy parcial. El trabajo revisa estudios previos, corrige inconsistencias, homogeneiza los resultados y desarrolla un marco sistemático para obtener restricciones a ciertos coeficientes concretos, que son los que gobiernan las posibles desviaciones de la velocidad de la luz sin birefringencia.
Este enfoque mejora los límites existentes en un orden de magnitud y permite algo inédito: establecer cotas sobre 25 de esos coeficientes, algo que nunca se había logrado con este nivel de detalle. En sus propias palabras, “nuestros nuevos límites sobre los coeficientes individuales no birrefringentes del sector fotónico para d=6 mejoran los anteriores en aproximadamente un orden de magnitud” .
Además, integran por primera vez datos de púlsares, como el famoso Crab Pulsar, cuya estabilidad en la emisión permite refinar aún más las mediciones. Al ampliar la diversidad de fuentes, no solo se refuerza la solidez del análisis, sino que se minimiza el riesgo de que un retraso observado tenga causas internas en la fuente y no físicas.
Qué pasa si todo sigue igual: el valor de un resultado negativo
Puede parecer paradójico que un estudio que no encuentra “nada nuevo” —es decir, ninguna violación del postulado— sea tan importante. Pero la ciencia se construye tanto sobre descubrimientos como sobre exclusiones. Cada límite que se estrecha dice: “esto no puede ser así”, y con ello afina las teorías posibles.
En este caso, los autores admiten que su objetivo era someter el postulado de Einstein a una prueba extrema. Y no lo consiguieron. “Los investigadores esperaban demostrar que Einstein estaba equivocado, pero, como tantos otros antes, no lo lograron”, se resume en la nota de prensa.
Sin embargo, el resultado es cualquier cosa menos trivial. Al llevar la precisión al límite, el estudio descarta con más confianza que nunca ciertos modelos de gravedad cuántica que implicaban una velocidad de la luz dependiente de la energía. Esto no implica que todas las teorías estén muertas, pero sí que muchas están en revisión.
Además, la metodología desarrollada permitirá futuras mejoras. Con la llegada del Cherenkov Telescope Array y otros instrumentos más sensibles, se podrán poner a prueba nuevos modelos con aún mayor detalle, usando exactamente el marco que este artículo ha preparado.
Referencias
- Merce Guerrero, Anna Campoy-Ordaz, Robertus Potting, Markus Gaug. Bounding anisotropic Lorentz invariance violation from measurements of the effective energy scale of quantum gravity, Physical Review D, 112, 104002 (2025). https://doi.org/10.1103/k3xg-wkrc.
