La teoría de la gravedad aceptada es la teoría de la relatividad general (GR) de Einstein , que data de principios del siglo XX. En GR, la gravedad es una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo , una curvatura inducida por todas las formas de energía (incluida la materia). La materia y la radiación siguen los caminos más cortos en este espacio-tiempo curvo (conocidos como caminos geodésicos ).
GR es perfectamente satisfactorio como teoría clásica de la gravedad, y ha sido ampliamente corroborado por observaciones astrofísicas y por experimentos directos. Sin embargo, el gran desafío es hacer que sea compatible con las reglas de la mecánica cuántica , que tenemos buenas razones para creer que constituyen la descripción fundamental correcta para todos los procesos físicos, incluso aquellos que parecen clásicos cuando sondeados a bajas energías y largas distancias.
A menudo escuchará decir que hay una contradicción fundamental entre GR y la mecánica cuántica. Creo que esta no es la mejor manera de decirlo. Robert Kraichnan fue la primera persona en argumentar (en una tesis que presentó al departamento de física del MIT en 1947 para obtener su licenciatura ) que si solo escribes una teoría de campo cuántico relativista con una partícula sin masa, spin-2 (el gravitón ) , automáticamente obtendrá GR como el límite clásico de la teoría. Entonces, en lugar de ser incompatible, ¡casi se podría decir que la teoría cuántica requiere GR en el régimen clásico!
- Si nuestra galaxia o la Tierra dejaran de moverse, ¿se aceleraría el tiempo?
- ¿Cuál es la evidencia para respaldar que los campos gravitacionales se propagan al infinito?
- Un agujero negro es solo una estrella muerta con inmensa gravedad. ¿Cómo los influye el multiverso, el viaje en el tiempo y otras dimensiones?
- ¿Cómo puede la gravedad ser más fuerte en un universo y más débil en otro en la teoría del multiverso?
- Si la masa de un cuerpo depende del tiempo, ¿existe una fórmula explícita para el trabajo realizado por la fuerza resultante sobre una curva aleatoria?
Einstein odiaba este enfoque, porque prescinde de su interpretación geométrica de GR, sustituyéndolo por una imagen cuántica que Einstein había llegado a desconfiar. Hay algunos problemas técnicos sobre los que la gente todavía discute, pero el punto de vista de Kraichnan es válido. Encontrará un enfoque similar en las conferencias sobre gravitación de Richard Feynman (1995), así como en el trabajo de otros grandes físicos teóricos, como Stanley Deser y Steven Weinberg. Puede encontrar las principales referencias en este breve ensayo que publiqué hace varios años: [0904.0453] Restricciones sobre la gravedad emergente.
Entonces, ¿por qué el problema de cuantificar la gravedad no se considera resuelto? El principal problema es que esta teoría de gravitón no parece ser renormalizable . Esto significa que parece que debe descomponerse a energías muy altas (es decir, a escalas de longitud corta ), donde presumiblemente debe ser reemplazado por alguna descripción totalmente diferente.
Durante al menos tres décadas, el candidato principal para una teoría completa de la gravedad cuántica ha sido la teoría de cuerdas , según la cual a escalas muy cortas se revelaría que los gravitones y otras partículas no son puntuales, sino modos vibratorios de cuerdas pequeñas . Tal descripción sería válida para energías arbitrariamente altas.
La matemática de la teoría de cuerdas es abstrusa, y sus consecuencias están lejos de ser completamente entendidas. Además, aunque la teoría de cuerdas predice GR en el límite clásico de baja energía, parece poco probable que los científicos descubran alguna forma en el futuro cercano de someter la teoría de cuerdas al tipo de pruebas experimentales que normalmente se desearía para una teoría física. pasar antes de que pueda considerarse como bien establecido.
Esto ha llevado a las personas a considerar otras posibilidades (gravedad cuántica de bucles, seguridad asintótica en gravedad cuántica, gravedad entrópica, etc.), todas las cuales siguen siendo especulativas y presentan dificultades propias. Encontrará la mayoría de estos en el artículo de Wikipedia sobre la gravedad cuántica.