La Gravedad Cuántica – Pedro Naranjo – 1ra Edición

El siglo XX fue testigo de una revolución científica espectacular, comparable al surgimiento de la filosofía en la escuela de Mileto hace veintiséis siglos, que introdujo por primera vez la noción de causa natural para la explicación del mundo físico, rompiendo con la mitología y su pléyade de dioses. Comparable también al heliocentrismo de Copérnico, que desterró a la humanidad del centro del cosmos conocido, o a la teoría de la evolución de Darwin, que bajó al ser humano del Olimpo, situándolo junto al resto de las criaturas, e incluso a la reciente secuenciación del genoma humano, que promete llevar a nuestra especie a una fase sin precedentes.

En efecto, dos teorías físicas sacudieron los cimientos del conocimiento humano a principios del siglo XX: una de ellas revolucionó nuestra comprensión del espacio, el tiempo y la materia; la otra expulsó el determinismo de las ecuaciones que rigen el microcosmos y las dotó además de un carácter discreto (los resultados de las medidas solo pueden ser ciertos valores). La primera es la relatividad general de Einstein; la segunda, la mecánica cuántica iniciada por Planck en 1900 y desarrollada por varios autores durante las tres décadas siguientes. En primera instancia, puede parecer exagerado situar la relatividad general y la mecánica cuántica al mismo nivel que hitos como los citados al comienzo. Ciertamente, las ideas copernicana y darwiniana, además de suponer un avance mayúsculo en la ciencia, hicieron saltar por los aires el aura de «especial» del ser humano, como un noble medieval al que, de repente, le dicen que el rey ha caído y que ya no va a gozar más de sus privilegios.

La relatividad general y la mecánica cuántica no hicieron nada parecido a esto. Cada una de estas teorías, sin embargo, alteró de manera tan profunda conceptos tan arraigados en la mente humana que merecen entrar en el selecto grupo de las ideas científicas revolucionarias. No obstante, cuando realizamos el viaje de lo muy grande a lo muy pequeño, y viceversa, descubrimos que las leyes que gobiernan cada una de esas escalas son incompatibles entre sí. No existe ninguna evidencia que indique que el universo haya de estar regido por distintas leyes a diferentes escalas, pero la mecánica clásica, que rige nuestra escala cotidiana, es distinta de la relatividad general. ¿Contradicción? En absoluto.

La mecánica clásica (la gravitación universal de Newton y el electromagnetismo de Maxwell), como toda teoría científica, es aplicable dentro de un determinado dominio (desde las mareas y el arcoíris hasta el movimiento de planetas y satélites), es decir, representa una buena aproximación de los fenómenos naturales en tal rango. Pero, para velocidades grandes, comparables a la de la luz en el vacío, y masas grandes, del orden de varias masas solares, la mecánica clásica deja de describir correctamente los hechos. Ni siquiera es una buena aproximación. Es entonces cuando hemos de recurrir a la relatividad general, que extiende la mecánica clásica hasta escalas cosmológicas. Pero lo hace de tal forma que, en el límite de velocidades y masas pequeñas, sus ecuaciones se reducen a las de Newton y Maxwell. Análogamente, la mecánica cuántica generaliza la mecánica clásica hasta el microcosmos, de manera que esta última se recupera al aumentar la escala del sistema. El problema es que la relatividad general no extiende la mecánica cuántica en ningún sentido. Ni viceversa. Necesitamos una teoría más fundamental que contenga ambas.

Dicha teoría, aún por descubrir, es lo que los físicos teóricos llaman gravedad cuántica. La siguiente analogía es ilustrativa. Supongamos que miramos desde el exterior una pared con dos ventanas iluminadas, de modo que solo percibimos lo que hay detrás de cada una, pero no el resto de la habitación. Pues bien, la relatividad general y la mecánica cuántica son estas ventanas, mientras que la gravedad cuántica es la habitación completa a la que accedemos al abrir la puerta. La necesidad de la gravedad cuántica la reveló el propio Einstein al año siguiente de introducir la relatividad general, antes incluso de que la mecánica cuántica se completase una década después. En la década de 1930 se inició la búsqueda sistemática de la teoría.

Desafortunadamente, pronto quedó patente que la tarea era más ardua de lo previsto, y desde entonces tal búsqueda se ha convertido en un tormentoso viaje, con momentos de gran entusiasmo seguidos de periodos de dolorosa frustración, como la del escalador que, exhausto tras haber completado uno de los ochomiles, descubre que le quedan trece más por escalar. Por el camino, se han propuesto numerosas ideas, muchas erróneas, otras incompatibles entre sí, hasta alcanzar cierta coherencia en la forma de diferentes teorías que son objeto de investigación en la actualidad. En este libro nos centraremos en una en particular, conocida como gravedad cuántica de bucles. El interés de esta teoría es doble.

Por un lado, es minimalista, en el sentido de que evita la introducción de ideas especulativas (al contrario que, por ejemplo, la teoría de supercuerdas, que requiere dimensiones espaciales extra, entre otras cosas): la gravedad cuántica de bucles solo tiene las tres dimensiones espaciales familiares y ningún elemento adicional. Por otro lado, respeta el legado conceptual de la relatividad general, a saber, que el espacio-tiempo no es una entidad absoluta, estática, sino dinámica, expuesta a la danza cósmica con la materia (esta propiedad se desecha en las supercuerdas, donde se vuelve a la concepción del espacio-tiempo anterior a la relatividad general).