Gravedad cuántica scholarpedia
Skip to main content¡Ciencia ilimitada, 40% de descuento!Comprar ahoraRepresentación artística de las ondas gravitacionales generadas por la fusión de estrellas de neutrones. El universo primordial es otra fuente de ondas gravitacionales que, si se detectan, podrían ayudar a los físicos a elaborar una teoría cuántica de la gravedad. Crédito: R. Hurt Caltech y JPLAdvertising
Se sabe que todas las fuerzas fundamentales del universo siguen las leyes de la mecánica cuántica, salvo una: la gravedad. Encontrar la manera de encajar la gravedad en la mecánica cuántica acercaría a los científicos un paso de gigante hacia una “teoría del todo” que pudiera explicar por completo el funcionamiento del cosmos a partir de sus primeros principios. Un primer paso crucial en esta búsqueda para saber si la gravedad es cuántica es detectar la partícula elemental de la gravedad, el gravitón. En su búsqueda, los físicos recurren ahora a experimentos con superconductores microscópicos, cristales en caída libre y el resplandor del Big Bang.
La mecánica cuántica sugiere que todo está hecho de cuantos, o paquetes de energía, que pueden comportarse como partículas y como ondas; por ejemplo, los cuantos de luz se denominan fotones. Detectar gravitones, los hipotéticos cuantos de gravedad, demostraría que la gravedad es cuántica. El problema es que la gravedad es extraordinariamente débil. Para observar directamente los minúsculos efectos que tendría un gravitón sobre la materia, como señaló el físico Freeman Dyson, un detector de gravitones tendría que ser tan masivo que colapsara sobre sí mismo para formar un agujero negro.
¿Qué es la teoría cuántica de la gravedad simplificada?
La gravedad cuántica es un término general para las teorías que intentan unificar la gravedad con las demás fuerzas fundamentales de la física (que ya están unificadas juntas). Generalmente postula una entidad teórica, un gravitón, que es una partícula virtual que media la fuerza gravitatoria.
¿Por qué la gravedad no forma parte de la teoría cuántica?
El problema de una versión cuántica de la relatividad general es que los cálculos que describirían las interacciones de gravitones muy energéticos -las unidades cuantizadas de la gravedad- tendrían infinitos términos infinitos. Habría que añadir infinitos contratemas en un proceso interminable.
Teoría del todo
La gravedad cuántica es un término general para las teorías que intentan unificar la gravedad con las demás fuerzas fundamentales de la física (que ya están unificadas). Generalmente postula una entidad teórica, un gravitón, que es una partícula virtual que media la fuerza gravitatoria. Esto es lo que distingue a la gravedad cuántica de otras teorías del campo unificado, aunque, para ser justos, algunas teorías que suelen clasificarse como gravedad cuántica no requieren necesariamente un gravitón.
El modelo estándar de la mecánica cuántica (desarrollado entre 1970 y 1973) postula que las otras tres fuerzas fundamentales de la física están mediadas por bosones virtuales. Los fotones median en la fuerza electromagnética, los bosones W y Z en la fuerza nuclear débil y los gluones (como los quarks) en la fuerza nuclear fuerte.
El gravitón, por tanto, mediaría la fuerza gravitatoria. Si se encuentra, se espera que el gravitón no tenga masa (porque actúa instantáneamente a grandes distancias) y que tenga espín 2 (porque la gravedad es un campo tensorial de segundo orden).
Teoría de la gravitación
Hawking. En segundo lugar, el análisis de Hawking muestra que los agujeros negros tienen una enorme entropía, aproximadamente 10 a la potencia 77 para un agujero negro de masa solar. ¿Cuál es el origen mecánico estadístico de este número, que es enorme incluso para los estándares de la termodinámica? En tercer lugar, se espera que la gravedad cuántica sustituya
la singularidad infinita que predice la relatividad general en el centro de los agujeros negros por una imagen más razonable desde el punto de vista físico. Por último, la teoría debería explicar lo que ocurre al final de la evaporación de Hawking
Las siguientes aproximaciones a la gravedad cuántica abren perspectivas fascinantes sobre la estructura de la Naturaleza, y podrían ser correctas. Pero, por el momento, ninguno de ellos ofrece una teoría completa de la gravedad cuántica y ninguno de ellos ha sido corroborado por la experiencia. Dado que no disponemos de datos experimentales directamente relacionados con la gravedad cuántica, cada programa señala necesariamente ciertos aspectos como fundamentales y se centra en ellos con la esperanza de que otros problemas puedan resolverse fácilmente más adelante.
problemas puedan resolverse fácilmente más adelante. Las opiniones sobre el mérito relativo de estos enfoques son muy diversas y la polémica, como suele ocurrir en la ciencia, es a veces encarnizada. La lista que sigue está ordenada aproximadamente según el número de científicos que trabajan en cada línea de investigación.
Gravedad cuántica euclidiana
En el experimento propuesto por Zurek y Adhikari, la idea sería sondear esta superficie bidimensional, o lo que ellos llaman el “horizonte cuántico”, en busca de fluctuaciones de gravitones. La gravedad y el espacio-tiempo, explican, emergen del horizonte cuántico. Nuestro experimento mediría la borrosidad de esta superficie”, explica Zurek, “y esa borrosidad representaría la pixelación del espaciotiempo”. Si el experimento tiene éxito, ayudará a redefinir nuestro concepto de gravedad y espacio en los niveles más fundamentales y profundos: “Si dejo caer mi taza de café, me gustaría pensar que eso es gravedad”, dice Adhikari. “Pero, del mismo modo que la temperatura no es ‘real’, sino que describe cómo vibran un montón de moléculas, el espaciotiempo podría no ser algo real. Vemos bandadas de pájaros y bancos de peces que emprenden movimientos coherentes en grupo, pero en realidad están formados por animales individuales. Decimos que el comportamiento del grupo es emergente. Puede que a algo que surge de la pixelación del espaciotiempo sólo se le haya dado el nombre de gravedad porque aún no entendemos qué son las tripas del espaciotiempo”.