Espacio – Tiempo: Conectando el universo con la física cuántica

Uno de las grandes problemáticas en la ciencia es la imposibilidad de relacionar la gravedad con la física cuántica.

El modelo utilizado por los científicos para describir el universo es denominado Modelo Estándar de Física de Partículas, el cual se describe con 25 partículas y cuatro fuerzas. Sin embargo, muchos científicos no se sienten del todo contentos con él a causa de una cosa: la gravedad.

La gravedad en este modelo sobresale por encima de las fuerzas, siendo que la teoría de la gravedad no es una teoría cuántica, y las partículas poseen propiedades cuánticas y campos gravitacionales.

Sin embargo, no se ha podido conseguir una teoría de la gravedad cuántica que sea aceptable la cual pueda dar una descripción acertada del universo y el espacio-tiempo.

¿Gravedad cuántica?

Se han realizado diversos intentos para poder obtener una teoría de la gravedad cuántica. En el año 1960 Richard Feynman junto con Bryce DeWitt, intentaron cuantificar la gravedad por medio de las mismas formas que consiguieron hacer que el electromagnetismo se pudiera convertir en la electrodinámica cuántica.

Esta teoría sólo podía tener sentido en cantidades ínfimas de gravedad, puesto que cuando se hacía con energías más altas, no era posible ya que creaba un número infinito de infinitos, por ende, se descartó.

Algunas teorías dirigidas a la tarea de cuantificar la gravedad son LQG, la teoría de las cuerdas y la triangulación dinámica causal.

Pese a todo esto, ninguna de estas teorías posee las pruebas experimentales certeras como para evidenciar que la gravedad puede ser cuantificada. Ahí es donde entra el juego una vieja teoría la cual se ha destacado en esta problemática.

La teoría de la seguridad asintótica de la gravedad

Esta teoría la cual fue propuesta por Weinberg en el año 1978, el cual dijo que aunque parezca que la gravedad no es posible cuando se extrapolan las energías de la misma puesto que se rompe, no necesariamente esto tiene que pasar.

Se tuvieron que esperar años para que surgieran métodos matemáticos y así describir sobre que se trata esto. Según la cuántica, las interacciones de la materia varían dependiendo de la energía que tiene lugar en las mismas.

Los cambios en las interacciones pueden ser cuantificados al calcular la dependencia que tienen por la energía los números que ingresan en la teoría, los cuales se denominan colectivamente como parámetros.

Para explicar esto se puede tomar como ejemplo el comportamiento de la fuerza nuclear fuerte a altas energías, la misma debilita cuando alguno de los parámetros conocidos se acerca a cero.

Esto se conoce como la libertad asintótica. Si se toma una teoría y se convierte de manera que se asintóticamente libre, la misma se comportará bien enfrente de energías altas.

Aunque la cuantificación de la gravedad no sea asintóticamente libre, los científicos pueden lograr que funcione si se logra describir las altas energías en los números que ingresan en la teoría, o sea, los parámetros, los cuales tienen que hallarse en una cantidad finita.

O sea, que para que la gravedad asintótica sea posible, esta debe comportarse igual de bien frente a las energías altas, sin generar un número infinito de infinitos como sucedió en el experimento de Feynman y DeWitt.

Por lo tanto, para que la teoría de la gravedad cuántica funcione, es necesario que los parámetros se hallen en un número finito y a su vez, que los mismos también sean finitos.

Los investigadores tienen como objetivo alcanzar la seguridad asintótica de la gravedad empezando con energías débiles para explorar las posibles formas obtenerla en altas energías por medio de los nuevos métodos matemáticos.

No se sabe con exactitud si la gravedad realmente puede ser asintóticamente segura, sin embargo hay diversos enfoques que pueden comprobar que si lo es. En los casos de las teorías gravitacionales  aplicadas en dimensiones inferiores, se puede ver como la gravedad es asintóticamente segura.

Al mismo tiempo, se han aplicado los mismos métodos sobre teorías no gravitacionales dando resultado que esto es confiable.

El problema surge cuando se aplica en el universo del espacio-tiempo de la teoría completa, es decir, a niveles infinitos. Cuando se realiza esto, es imposible arrojar resultados, por lo tanto los investigadores lo hacen en fragmentos de espacio, pero sólo se pueden conseguir resultados nimios.

Esto quiere decir que aunque sea posible la seguridad asintótica de la gravedad, no es aplicable en nuestra dimensión.

Sin embargo, lejos de resultar algo decepcionante, este descubrimiento puede significar un avance para poder relacionar la gravedad con la física cuántica, por lo tanto, los expertos seguirán trabajando en ello para poder responder estas dudas y lograr conectar la teoría de la gravedad con el espacio-tiempo cuántico.

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