Cei doi pilaştrii ai fizicii moderne, teoria relativităţii generale şi mecanica cuantică, descriu fenomene la scări diferite: de la cea a galaxiilor, în primul caz, la cea atomică. Există însă o teorie care le unifică? O analiză statistică a datelor recent obţinute în carul a două proiecte de cercetare arată că o asemenea teorie ar fi posibilă, chiar dacă în prezent dovezile sunt insuficiente.

Din ce este alcătuită materia? Cum se mişcă aceasta în spaţiu şi în timp? Întrebări pe care ni le punem de multă vreme şi la care avem deocamdată răspunsuri ce se bazează pe mecanica cuantică şi relativitatea generală.

Mecanica cuantică descrie lumea particulelor şi modul în care acestea se comportă. În mecanica cuantică vorbim de electroni, protoni, atomi sau molecule. Relativitatea generală este teoria lui Einstein care descrie gravitaţia, geometria Universului şi modul în care corpurile masive se mişcă în Univers: practic este teoria valabilă la nivel de stele, galaxii sau chiar şi întregul Univers.

Există însă situaţii în care trebuie să ţinem cont de ambele teorii. O astfel de situaţie este cea a găurilor negre în interiorul cărora mecanica cuantică ar trebui să joace un rol important, precum gravitaţia. Ne trebuie deci o teorie care unifică cele două teorii. În prezent nu avem această teorie a gravitaţiei cuantice.

Există însă mai multe propuneri, în mai toate însă structura spaţio-temporală nu mai este continuă, asemănătoare unui fluid, ci devine granulară, o aşa-numită „spumă spaţio-temporală”. Teoriile care  ţin cont de o astfel de structură obţin rezultate diverse privind modul în care se propagă particulele în Univers, deoarece acestea nu mai parcurg o traiectorie continuă, ci „sar” dintr-o bucăţică spaţio-temporală în alta.

Putem să ne imaginăm oarecum spaţiul-timpul precum o găleată umplută cu nisip – din depărtare pare umplută cu un lichid, doar din apropiere ne dăm seama că există o structură granulară.

Cum am putea însă să verificăm din punct de vedere experimental existenţa acestei structuri? Particulele care ajung la noi de la distanţe foarte mari din Univers ar trebui de exemplu să aibă timpi de propagare diferiţi, în funcţie de energie. Doi fotoni sau doi neutrini (particule din modelul standard al fizicii particulelor elementare fără sarcina electrică, cu masă foarte mică şi care interacţionează doar prin forţa nucleară slabă) cu energii diferite, chiar dacă sunt emişi de aceeaşi sursă, de exemplu în urma exploziei unei supernove,  ar ajunge pe Pământ în timpi diferiţi – diferenţa depinzând de granularitatea structurii spaţio-temporale.

Iată însă că un prim studiu statistic al acestei ipoteze a fost realizat de către Giovani Amelino Camelia, cercetător la universitatea La Sapienza (Roma, Italia). Acesta a publicat în Nature Astronomy rezultatele studiului efectuat asupra neutrinilor observaţi de către experimentul IceCube de la Polul Sud şi folosind datele obţinute de către telescopul Fermi (NASA). Studiul arată că există o posibilitate ca structura spaţiului şi a timpului să fie asemănătoare unei spume, chiar dacă concluziile studiului nu sunt deocamdată foarte solide.

În următorii 4-5 ani Amelino Camelia speră să se obţină dovezi solide asupra existenţei (sau nu) a acestei structuri granulare spaţio-temporale. Ba mai mult, s-ar putea obţine inclusiv dovezi asupra teoriei care descrie cel mai bine rezultatele experimentale, întrucât teoriile fac previziuni diferite, în funcţie de modalitatea de discretizare a spaţiului şi a timpului.

Dacă într-adevăr se  va reuşi să se obţină dovezi ale unei teorii unificate a relativităţii generale cu mecanica cuantică acest lucru ar reprezenta o adevărată revoluţie în înţelegerea Universului şi ne-ar ajuta inclusiv să răspundem la întrebarea: ce se întâmplă dacă ne-am lansa într-o gaură neagră?