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¿Qué es la gravedad cuántica?

¿Qué es la gravedad cuántica?


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La gravedad cuántica es un término general para las teorías que intentan unificar la gravedad con las otras fuerzas fundamentales de la física (que ya están unificadas). En general, plantea una entidad teórica, un gravitón, que es una partícula virtual que media la fuerza gravitacional. Esto es lo que distingue la gravedad cuántica de ciertas otras teorías de campo unificado, aunque, para ser justos, algunas teorías que generalmente se clasifican como gravedad cuántica no requieren necesariamente un gravitón.

¿Qué es 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 la fuerza electromagnética, los bosones W y Z median la fuerza nuclear débil, y los gluones (como los quarks) median la fuerza nuclear fuerte.

El gravitón, por lo tanto, mediaría la fuerza gravitacional. Si se encuentra, se espera que el gravitón no tenga masa (porque actúa instantáneamente a largas distancias) y tenga un giro 2 (porque la gravedad es un campo tensor de segundo rango).

¿Está probada la gravedad cuántica?

El principal problema al probar experimentalmente cualquier teoría de la gravedad cuántica es que los niveles de energía requeridos para observar las conjeturas son inalcanzables en los experimentos de laboratorio actuales.

Incluso teóricamente, la gravedad cuántica se encuentra con serios problemas. La gravitación se explica actualmente a través de la teoría de la relatividad general, que hace suposiciones muy diferentes sobre el universo a escala macroscópica que las hechas por la mecánica cuántica a escala microscópica.

Los intentos de combinarlos generalmente se encuentran con el "problema de renormalización", en el que la suma de todas las fuerzas no se cancela y da como resultado un valor infinito. En electrodinámica cuántica, esto sucedió ocasionalmente, pero uno podría renormalizar las matemáticas para eliminar estos problemas. Tal renormalización no funciona en una interpretación cuántica de la gravedad.

Los supuestos de la gravedad cuántica son, en general, que dicha teoría demostrará ser simple y elegante, por lo que muchos físicos intentan trabajar hacia atrás, prediciendo una teoría que creen que podría explicar las simetrías observadas en la física actual y luego ver si esas teorías funcionan .

Algunas teorías de campo unificadas que se clasifican como teorías de gravedad cuántica incluyen:

  • Teoría de cuerdas / Teoría de las supercuerdas / Teoría M
  • Supergravedad
  • Gravedad cuántica de bucle
  • Teoría de Twistor
  • Geometría no conmutativa
  • Gravedad cuántica euclidiana
  • Ecuación de Wheeler-deWitt

Por supuesto, es completamente posible que si la gravedad cuántica existe, no será ni simple ni elegante, en cuyo caso estos intentos se abordan con supuestos defectuosos y, probablemente, serían inexactos. Solo el tiempo y la experimentación lo dirán con seguridad.

También es posible, como predicen algunas de las teorías anteriores, que una comprensión de la gravedad cuántica no solo consolide las teorías, sino que introduzca una comprensión fundamentalmente nueva del espacio y el tiempo.

Editado por Anne Marie Helmenstine, Ph.D.