Gravedad cuántica

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La gravedad cuántica es el campo de la física teórica que procura unificar la teoría cuántica de campos con la relatividad general.

Tabla de contenidos

1 Dificultades en el desarrollo de una teoría cuántica
2 Requerimientos de una teoría de la cuántica de la gravedad
3 Intentos de teorías cuánticas de la gravedad
4 Teóricos de gravedad cuántica
5 Enlaces externos

[editar] Dificultades en el desarrollo de una teoría cuántica

Gran parte de la dificultad en la combinación de estas teorías viene de los supuestos radicalmente diversos que estas teorías hacen sobre el modo en que el universo funciona. La mecánica cuántica depende de los campos de partículas asentados en el espacio-tiempo chato de la mecánica newtoniana o de la relatividad especial. La teoría de Einstein de la relatividad general modela la gravedad como curvatura dentro de un espacio-tiempo que cambia con el movimiento de la masa.

Las maneras más obvias de combinar los dos (tales como tratar la gravedad como simplemente otro campo de partículas) conducen rápidamente a lo qué se conoce como el problema de la renormalización. Las partículas (portadoras) de la gravedad se atraerían y si se agregan juntas todas las interacciones se concluye con muchos resultados infinitos que no se puedan cancelar fácilmente. Esto está en contraste con la electrodinámica cuántica donde las interacciones dan lugar a algunos resultados infinitos, pero éstos son lo suficientemente escasos en número como para ser eliminables vía renormalización.

Otra dificultad viene del éxito de la mecánica cuántica y la relatividad general. Ambos han sido altamente exitosos y no hay fenómeno conocido que contradiga a los dos. Las energías y las condiciones en las cuales la gravedad cuántica es probable sea importante son inaccesibles a los experimentos de laboratorio. El resultado de esto es que no hay observaciones experimentales que proporcionen cualquier indicación en cuanto a cómo combinar los dos.

[editar] Requerimientos de una teoría de la cuántica de la gravedad

El enfoque general tomado en derivar una teoría de la gravedad cuántica es asumir que la teoría subyacente será simple y elegante y entonces mirar las teorías actuales buscando las simetrías y las indicaciones sobre cómo combinarlas elegantemente en una teoría abarcadora. Un problema con este enfoque es que no se sabe si la gravedad cuántica será una teoría simple y elegante.

Tal teoría se requiere para entender los problemas que implican la combinación de masas o de energías muy grandes y de dimensiones muy pequeñas del espacio, tales como el comportamiento de los agujeros negros, y el origen del universo.

Una teoría cuántica de la gravitación debería poder ayudarnos a resolver varios problemas físicos no resueltos como:

El problema de las singularidades, que nos explique cual es el fin último de una partícula que cae en un agujero negro siguiendo una geodésica que acaba en una "singularidad" espaciotemporal y cual es la naturaleza física de las singularidades.
El problema del origen del universo, que explique el proceso conocido como inflación cuántica que al parecer podría explicar también el problema cosmológico del horizonte.

Roger Penrose ha propuesto algunos hechos que la teoría cuántica de gravitación podría (o debería) explicar:

El problema colapso de la función de onda cuántica, como es sabido la mecánica cuántica postula dos clases de evolución temporal. De un lado tenemos una evolución temporal suave, determinista y lineal dada por una ecuación tipo ecuación de Schröndinger (cuando el sistema se deja evolucionar sin afectarlo mediante ninguna medida), tal como se recoge en el postulado V . Y de otro lado tenemos una evolución abrupta, aleatoria y no lineal recogida en el postulado IV y que ocurre cuando hacemos una medida de una magnitud física del sistema. De acuerdo con Penrose, estos dos tipos de evolución podrían ser casos límites de un mismo tipo de evolución no-lineal que en ciertas ocasiones se presenta como lineal o cuasi-lineal, quedando así explicada la ambigüedad de la teoría cuántica sobre cuando realmente ocurre o no una medida.

La asimetría temporal relacionada con la segunda ley de la termodinámica que Penrose argumenta razonadamente se remonta a que la singularidad inicial del Big Bang fue de un tipo especial con tensor de curvatura de Weyl nulo. Penrose explica que todas las singularidades finales, como las de los agujeros negros, por el contrario conllevan un tensor de Weyl que tiende a infinito.

La naturaleza de la conciencia humana, que Penrose opina no es de naturaleza puramente algorítmica sino que incluiría elementos no computables. Penrose apunta que una teoría cuántica de la gravitación debería ser no-lineal, y si bien podría ser realmente determinista sería claramente no computable lo que explicaría que los fenómenos cuánticos de medición nos parecieran impredecibles tal como realmente observamos.

También una teoría cuántica de la gravedad debería ampliar nuestro conocimiento de efectos cuánticos predichos por enfoques tentativos de otras teorías cuánticas, como la existencia de radiación de Hawking.