?Qu¨¦ novedades hay en la gravedad cu¨¢ntica de lazos?

La gravedad cu¨¢ntica de lazos es un intento de conciliar la teor¨ªa de la gravedad con la teor¨ªa cu¨¢ntica. A d¨ªa de hoy, mientras que para el resto de las interacciones de la naturaleza s¨ª tenemos descripciones cu¨¢nticas, para la gravedad no hemos conseguido una teor¨ªa cu¨¢ntica completamente satisfactoria. S¨ª hay diversas propuestas y una de ellas es esta gravedad cu¨¢ntica de lazos. El nombre de lazos se refiere a unas estructuras matem¨¢ticas que se emplean en la teor¨ªa, basadas en integrales de caminos cerrados o lazos, es un tecnicismo.

Podemos preguntarnos por qu¨¦ necesitamos tal teor¨ªa. La respuesta es que desde el punto de vista f¨ªsico, es decir, de nuestro entendimiento de la naturaleza, tenemos reg¨ªmenes que no sabemos describir. La relatividad general es la teor¨ªa que mejor describe hasta la fecha el fen¨®meno gravitatorio, pero hay asuntos en los que falla. En particular, los instantes iniciales del universo. Si aplicamos la relatividad general a la f¨ªsica del universo primitivo nos chocamos con lo que llamamos una singularidad inicial, a veces llamada singularidad del Big Bang. Ah¨ª la teor¨ªa de la relatividad general falla. Tampoco tenemos una teor¨ªa que nos describa la f¨ªsica del interior de los agujeros negros.

Una teor¨ªa de gravedad cu¨¢ntica busca un marco te¨®rico consistente y bien definido para la f¨ªsica en esas regiones. En esos reg¨ªmenes la densidad de energ¨ªa es muy alta, igual que las curvaturas, por lo que es l¨®gico pensar que ah¨ª el campo gravitatorio, o lo que llamar¨ªamos la geometr¨ªa del espacio-tiempo, deja de tener un car¨¢cter cl¨¢sico para tener una naturaleza cu¨¢ntica.

La gravedad cu¨¢ntica de lazos es una de las propuestas. No es lo que algunos llamar¨ªan una teor¨ªa del todo, pues de momento no pretende unificar el fen¨®meno gravitatorio con el resto de interacciones. Es un poco m¨¢s humilde que, por ejemplo, la teor¨ªa de cuerdas que s¨ª busca esa unificaci¨®n. Lo que pretende en primera instancia la teor¨ªa de la gravedad cu¨¢ntica de lazos es cuantizar la gravedad, aunque con vistas a que el formalismo luego permita incorporar el resto de interacciones.

No es lo que algunos llamar¨ªan una teor¨ªa del todo, pues de momento no pretende unificar el fen¨®meno gravitatorio con el resto de interacciones

Surgi¨® a finales de los a?os 80 y a d¨ªa de hoy sigue incompleta, estrictamente hablando. Pero en estos a?os s¨ª se ha avanzado bastante en su desarrollo, desde diferentes vertientes. Una de las limitaciones es el n¨²mero de personas que trabajamos en ella que somos solo unos cientos, unas cuatrocientas o quinientas personas.

Yo trabajo principalmente en lo que llamamos cosmolog¨ªa cu¨¢ntica de lazos. Esto es aplicar las t¨¦cnicas y las ideas de esta teor¨ªa en un contexto no general sino m¨¢s espec¨ªfico, aplicado a cosmolog¨ªa, al universo. Uno de los resultados m¨¢s importantes que se logr¨®, hace ya unos quince a?os, es que en el r¨¦gimen donde se dan las singularidades cl¨¢sicas, es decir, con densidades muy altas de energ¨ªa, el modelo cu¨¢ntico que obtenemos nos dice que a esas escalas la gravedad se hace como repulsiva y el universo deja de presentar esa singularidad. Y podemos calcular huellas cu¨¢nticas en observables cosmol¨®gicos. Desde hace ya unos treinta a?os se est¨¢ midiendo con mucha precisi¨®n el fondo c¨®smico de microondas, que son los fotones primigenios que nos llegan de las etapas m¨¢s tempranas del universo. Es como una fotograf¨ªa del universo cuando era muy, muy, muy joven, cuando los fotones se desacoplaron de la materia y se emitieron libremente. La idea es que estos fotones nos podr¨ªan proporcionar una ventana para medir efectos de gravedad cu¨¢ntica porque puede que en su distribuci¨®n encontremos informaci¨®n sobre la naturaleza cu¨¢ntica del universo antes de que estos fotones se emitieran. Si la din¨¢mica del universo era distinta a la que predice la relatividad general cuando se formaron esas correlaciones, podr¨ªamos medirlas. Nosotros estamos trabajando en eso.

La dificultad que tenemos en gravedad cu¨¢ntica es que no podemos hacer experimentos. Las escalas de energ¨ªa en las que trabajamos son much¨ªsimo m¨¢s altas que las que podemos producir en nuestros laboratorios. Para que te hagas una idea, las escalas m¨¢s altas de energ¨ªa que hemos conseguido en el laboratorio son las que se alcanzan en el LHC (Gran Colisionador de Hadrones por sus siglas en ingl¨¦s) que es el mayor acelerador de part¨ªculas del mundo. En el LHC se han conseguido energ¨ªas del orden del teraelectronvoltio o 10?? electronvoltios, pero cuando hablamos de gravedad cu¨¢ntica las escalas de energ¨ªa son del orden de 10?? teraelectronvoltios. Es decir, unos ¨®rdenes de magnitud muy superiores a los que podemos testar. Por eso nos las tenemos que ingeniar para predecir efectos observables y medirlos. Las dos ventanas m¨¢s prometedoras para medir efectos de gravedad cu¨¢ntica son precisamente el universo primitivo y la f¨ªsica de agujeros negros.

Por lo que se refiere a la f¨ªsica de agujeros negros, en principio, nuestra visi¨®n cl¨¢sica de agujeros negros es que dentro de ellos el espacio-tiempo se rompe. Pero eso es porque estamos aplicando la relatividad general en un r¨¦gimen en el que la misma teor¨ªa nos est¨¢ diciendo que no sirve. En mi opini¨®n ser¨ªa mucho m¨¢s natural que llegue un momento en el que el agujero negro se sostenga. En relatividad general el colapso gravitatorio nunca para. Cuando la materia dentro de un agujero negro est¨¢ compact¨¢ndose, si aplicamos relatividad general, ese colapso nunca para y llegamos a que la materia debe concentrarse en un ¨²nico punto, una singularidad. Pero pongamos que ah¨ª hay efectos cu¨¢nticos, y esos son los que intentamos describir con la gravedad cu¨¢ntica de lazos, que parar¨ªan ese colapso y estabilizar¨ªan ese objeto al que llamamos agujero negro. Y dentro, vete t¨² a saber c¨®mo es. Probablemente la materia est¨¦ en un estado ex¨®tico que nuestras leyes f¨ªsicas actuales no describen.

Mercedes Mart¨ªn-Benito es doctora en F¨ªsica Te¨®rica, profesora e investigadora en la Universidad Complutense de Madrid.

Pregunta enviada v¨ªa email por Ana Enr¨ªquez de Salamanca

Coordinaci¨®n y redacci¨®n: Victoria Toro

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