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Teoría de cuerdas VS gravedad cuántica de bucles

14DIC

Hoy me ha entrado las ganas de discutir sobre temas algo más “profundos”, y rememorando un capítulo deThe Big Bang Theory , me ha venido a la cabeza un buen tema: la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles, espero que os guste.

La teoría que falta

A comienzos del siglo XX se produjo un cambio radical en toda la física. Las teorías clásicas que hasta ese momento se creía explicaban todo el mundo dieron paso a una mentalidad completamente diferente que condujo a la formulación de la mecánica cuántica y la relatividad, los dos grandes pilares de nuestra física actual. Con estas dos teorías se pudo explicar los fenómenos conocidos y se predijo muchos otros nuevos.
Sin embargo, todavía falta algo… Estas dos teorías no son coherentes entre sí. No se pueden juntar en una sola… y las dos se deben relegar a predicciones en su entorno (la mecánica cuántica al mundo microscópico y la relatividad al mundo cosmológico) en el cual funcionan muy bien.
Esto ya indica que nos falta una teoría “superior” que cubra a estas dos, de forma que explique TODO (por eso se la llama teoría del todo, o teoría M).

Durante este siglo se ha intentado encontrar esta teoría, aunque solo se han encontrado fracasos, y aquí es donde entran en juego estas dos teorías.

La teoría de cuerdas

Esta teoría (que ha derivado en la teoría de supercuerdas) se formuló inicialmente en 1974, con una hipótesis inicial maravillosa: en vez de suponer que las partículas elementales son puntuales o esféricos (1º aproximación que se realiza en física siempre), supongamos que son cuerdas, de forma que éstas pueden vibrar, girar, etc.
Esta hipótesis que en principio no parece mucho, provoca una reinterpretación completa y profunda de la naturaleza, dando lugar a hechos completamente nuevos, a la vez que la han convertido en una teoría muy compleja.

Entre los logros más importantes que ha tenido, se encuentra que de un soplido ha podido derribar la distinción que existe entre partículas y fuerzas (que desde hace muchos años se intenta conocer por qué hay esas dos “formas” tan diferentes), explicando perfectamente que éstas son dos formas de vez una misma cosa (simplificando todo, las partículas serían los extremos de las cuerdas y las fuerzas la “cuerda” que une estos dos extremos).

Sin embargo, la teoría de cuerdas para poder obtener un Universo como el que conocemos (con galaxias, estrellas, vecinos gritando, bacterias, átomos y electrones, …) requiere que existan 11 dimensiones. Así que primer problema: ¿dónde se han escondido las 7 que no vemos?.
Y por otro lado, el que es el mejor ejemplo del fracaso de esta teoría (al menos como está formulada/interpretada actualmente) es que no realiza ni una sola predicción. Si algo no cuadra, se ajusta para explicar dicho fenómeno con más que aumentar el número de partículas predichas o cambiar el valor de varias constantes universales, y nunca se tiene nada “completo” para poder formular hechos nuevos no previstos por las teorías anteriores, lo que la convierte en una teoría que no se puede probar.

Gravedad cuántica de bucles

Al otro lado actualmente ha surgido otra teoría, que si bien todavía no tiene grandes apoyos ni surge de una hipótesis tan “maravillosa”, está consiguiendo grandes resultados.

La gravedad cuántica de bucles, surgió de una simple reformulación de la relatividad realizada por Abhay Ashtekar en 1986, el cual consiguió, sin introducir ninguna novedad respecto a la relatividad, reformular toda la teoría con unas nuevas variables, consiguiendo describir un espacio cuántico a partir de ésta.
Más tarde, también se introdujo una nueva hipótesis a la relatividad de forma que pudiera conjugarse con la mecánica cuántica: análogamente a la existencia de una velocidad máxima (la de la luz), que existiese una distancia mínima: la de Planck, predicción hecha por la cuántica.
Estos dos aportes y algunos otros derivaron en la gravedad cuántica de bucles, la cual va consiguiendo (todavía está en pleno crecimiento, al contrario de las cuerdas que ya pasaron la “madurez” hace tiempo) confeccionar una teoría que conjuga los dos grandes mundos (el microscópico y el cosmológico).
Como logros, cuenta con la eliminación de las singularidades que produce la relatividad en el interior de los agujeros negros así como en el Big Bang, lo que añade una explicación donde la relatividad dejaba de funcionar.
También ha conseguido formular una teoría cuántica independiente del fondo, lo cual había resultado imposible hasta ahora: la cuántica había que formularla con un fondo bien definido de partida, pero este, por la relatividad, evoluciona dinámicamente en presencia de materia, lo cual limitaba a la cuántica en este terreno.

Además, y como principal ventaja frente a la T de cuerdas, está que ésta sí ha comenzado a realizar varias predicciones, las cuales serán puestas a prueba próximamente en el LHC o en las imágenes del fondo cósmico de microondas.

Puede que la G.C. de bucles no sea finalmente la teoría que explique todo, pero de momento parece ser nuestra mejor opción y habrá que seguir sus avances.

Más información en La Bella teoría: aquí y aquí.

JUEVES 7 DE FEBRERO DE 2008

GRAVEDAD CUANTICA DE BUCLES

Los orígenes de la Gravedad Cuántica de Bucles pueden rastrearse hasta los años 80, cuando Abhay Ashtekar, ahora en la Universidad de Pennsylvania State en University Park, rescribió las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General en un marco de trabajo cuántico. Smolin y Carlo Rovelli de la Universidad del Mediterráneo en Marsella, Francia, desarrollaron más tarde las ideas de Ashtekar y descubrieron que en el nuevo marco de trabajo, el espacio no es suave y continuo sino que consta de trozos indivisibles de 10-35 metros de diámetro. La Gravedad Cuántica de Bucles define el espacio-tiempo como una red de enlaces abstractos que conecta estos volúmenes de espacio, más que como nodos enlazados en un mapa de ruta aérea.
Desde el principio, los físicos notaron que estos enlaces podrían curvarse sobre otros para formar estructuras similares a trenzas. Lo curioso de estas trenzas era, sin embargo, que nadie comprendía su significado. "Ya conocíamos las trenzas en 1987", dice Smolin, "pero no sabíamos si correspondía a algo físico".
Entra Sundance Bilson-Thompson, un físico de partículas teóricas de la Universidad de Adelaida en el Sur de Australia. Sabía poco sobre la gravedad cuántica cuando, en 2004, comenzó a estudiar un viejo problema de la física de partículas. Bilson-Thompson trataba de comprender la verdadera naturaleza de lo que los físicos piensan que son las partículas elementales – aquellas sin subcomponentes conocidos. Estaba perplejo por la plétora de estas partículas en el modelo estándar, y comenzó a preguntarse cómo serían en realidad las partículas elementales. Como primer paso hacia las respuestas de esta pregunta, desempolvó algunos modelos desarrollados en los años 70 que postulaban la existencia de unas entidades más fundamentales llamadas preones.
Así como los núcleos de los distintos elementos están formados por protones y neutrones, estos modelos basados en preones sugieren que los electrones, quarks, neutrinos y cualquier otra cosa, están hechos de unas partículas hipotéticas más pequeñas que portan la carga eléctrica e interactúan unas con otras. Los modelos finalmente se toparon con problemas, sin embargo, debido a que predecían que los preones tendrían más energía que las partículas de las que se suponían formaban parte. Este error fatal hizo que los modelos se abandonasen, aunque no se olvidasen por completo.