Gravedad cuántica para niños
La gravedad cuántica es una rama de la física teórica que busca unir dos de las teorías más importantes de la ciencia: la teoría cuántica de campos y la relatividad general.
La teoría cuántica de campos describe tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: la fuerza electromagnética (que mantiene unidos los átomos), la fuerza nuclear fuerte (que une las partículas dentro del núcleo atómico) y la fuerza nuclear débil (que causa ciertos tipos de desintegración radioactiva). Esta teoría se enfoca en el mundo de lo muy pequeño, como las partículas y los campos de energía.
Por otro lado, la relatividad general es la teoría que explica la gravedad, la cuarta fuerza fundamental. Describe cómo objetos muy grandes, como planetas y galaxias, se atraen entre sí y cómo la gravedad curva el espacio y el tiempo.
El objetivo de la gravedad cuántica es encontrar una única base matemática que pueda describir cómo funcionan todas estas fuerzas de la naturaleza juntas, tanto en el mundo de lo muy pequeño como en el de lo muy grande.
Contenido
¿Por qué necesitamos la gravedad cuántica?
Para entender la gravedad cuántica, es importante conocer las dos teorías que busca unir:
- La teoría cuántica de campos (TQC) nos dice que el universo está hecho de partículas muy pequeñas y campos de energía. Esta teoría funciona muy bien para describir cómo interactúan estas partículas en un espacio-tiempo que se considera "plano" o fijo.
- La relatividad general (TRG) nos enseña que la gravedad no es solo una fuerza, sino una curvatura del espacio-tiempo causada por la presencia de materia y energía. Imagina que el espacio-tiempo es como una cama elástica: si pones una bola pesada en el centro, la cama se curva. Esa curvatura es la gravedad.
El gran desafío es que estas dos teorías, aunque muy exitosas en sus propios campos, tienen ideas muy diferentes sobre cómo funciona el universo.
El desafío de unir teorías
La teoría cuántica de campos y la relatividad general son muy precisas en sus áreas. Sin embargo, hay situaciones extremas donde ambas teorías son necesarias, pero no se ponen de acuerdo. Esto ocurre, por ejemplo, en los primeros momentos del universo, justo después del Big Bang, o dentro de los agujeros negros. En estos lugares, la materia y la energía son tan densas y el espacio es tan pequeño que las reglas de ambas teorías deberían aplicarse al mismo tiempo.
Una de las mayores dificultades es que la relatividad general nos dice que el espacio-tiempo no es un fondo fijo, sino que cambia y se curva con la presencia de materia y energía. En cambio, la mecánica cuántica, tal como la conocemos, suele asumir que el espacio y el tiempo son un fondo fijo donde ocurren los eventos.
Además, hoy en día no podemos hacer experimentos en laboratorios que nos den las energías necesarias para estudiar la gravedad cuántica. Esto significa que los científicos no tienen una guía experimental clara sobre cómo combinar estas dos teorías.
¿Qué debería explicar la gravedad cuántica?
Una teoría de la gravedad cuántica debería ayudarnos a resolver algunos de los misterios más grandes de la física:
- El problema de las singularidades: ¿Qué sucede exactamente dentro de un agujero negro? La relatividad general predice que en el centro hay un punto de densidad infinita llamado singularidad, pero no nos dice qué pasa con la materia que cae allí.
- El origen del universo: ¿Cómo fue el Big Bang? Una teoría de la gravedad cuántica podría explicar los primeros instantes del universo y el proceso de "inflación cuántica", que podría resolver algunos enigmas sobre cómo se expandió el universo.
- El colapso de la función de onda: En la mecánica cuántica, las partículas pueden existir en varios estados a la vez hasta que las observamos. Cuando las observamos, "eligen" un estado. Una teoría de la gravedad cuántica podría explicar por qué sucede esto y cómo la observación afecta a las partículas.
También se espera que una teoría de la gravedad cuántica nos ayude a entender fenómenos como la radiación de Hawking, que es una radiación que se cree que emiten los agujeros negros.
Intentos de teorías de gravedad cuántica
Los científicos han propuesto varias ideas para construir una teoría de la gravedad cuántica. Algunas de las más conocidas son:
- Gravedad cuántica de bucles
- Supergravedad
- Teoría de supercuerdas y teoría M
- Teoría de twistores
Estas teorías son muy complejas y los científicos siguen trabajando para encontrar la que mejor describa nuestro universo.
Teóricos de gravedad cuántica
Galería de imágenes
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Diagrama de flujo de la gravedad cuántica de Einstein (QEG) en el truncamiento de Einstein-Hilbert.
Véase también
En inglés: Quantum gravity Facts for Kids
- Gravedad cuántica de bucles
