Físicos de la Universidad de Aalto (Finlandia) han propuesto una nueva visión de la gravedad que, según ellos, es compatible con el Modelo Estándar partículas elementales y puede acercar a los científicos a la llamada «Teoría del Todo».
Desde hace tiempo, los científicos intentan conciliar la relatividad general, que describe la gravedad como curvatura del espacio-tiempo bajo la influencia de la masa y la energía, mientras que la mecánica cuántica y la teoría cuántica de campos describen el comportamiento de las partículas elementales y de tres de las cuatro fuerzas fundamentales (interacciones electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte) mediante el intercambio de cuantos. Estas dos teorías no son muy compatibles entre sí.
Los intentos de aplicar las reglas de la mecánica cuántica a la gravedad, o viceversa, de añadir la gravedad al Modelo Estándar de la Física de Partículas, tropiezan con paradojas matemáticas que no pueden resolverse con los métodos tradicionales. A este respecto, los físicos Mikko Partanen y Jukka Tulkki han propuesto un paso intermedio que puede ayudar a combinar estas dos teorías.
La propuesta de los científicos es considerar la gravedad como un campo gauge. El concepto de «Teoría de Gauge» pertenece a la teoría cuántica de campos, que describe comportamiento de las partículas elementales en un campo determinado. Por ejemplo, las partículas cargadas interactúan intercambiando fotones, que son cuantos de un campo electromagnético. Este campo es el campo de calibración.
«El campo de calibración más conocido es el campo electromagnético. Cuando las partículas cargadas eléctricamente interactúan entre sí, lo hacen con la ayuda de un campo electromagnético, que es el campo de calibración correspondiente. Por lo tanto, cuando tenemos partículas con energía, las interacciones que tienen debido a esta energía tendrán lugar con la ayuda del campo gravitatorio», — explica Jukka Tulkki.
Es decir, las partículas tienen energía, y su interacción gravitatoria debería producirse mediante el intercambio de unas hipotéticas partículas portadoras — cuantos del campo gravitatorio. La peculiaridad de lo que proponen los científicos finlandeses es un cambio en el énfasis puesto en la simetría. El modelo estándar de la física de partículas se basa en simetrías matemáticas. Al mismo tiempo, la relatividad general se basa en la simetría del espacio-tiempo. Mikko Partanen y Jukka Tulkki propusieron construir una teoría cuántica de la gravedad sobre la base de simetrías similares a las que sustentan el Modelo Estándar.
¿Por qué es necesario todo esto? El hecho es que las teorías existentes dejan de funcionar en condiciones extremas. Por ejemplo, la relatividad general predice que en el centro de los agujeros negros debería haber una singularidad — punto con densidad infinita y curvatura del espacio-tiempo. Sin embargo, la relatividad general no explica lo que ocurre realmente allí, y la mecánica cuántica tampoco dispone de las herramientas adecuadas para ello.
Para explicar lo que ocurrió en los primeros instantes tras el Big Bang, cuando el Universo era una combinación de energías y densidades ultraelevadas, y la gravedad tenía la misma fuerza que otros tipos de interacción. En aquel entonces, los efectos cuánticos podrían haber desempeñado un papel clave para ello. Para comprender todo esto, los científicos necesitan una teoría completa de la gravedad cuántica. La asimetría de la materia y la antimateria: ¿por qué nuestro mundo está formado por materia y casi nada de antimateria, a pesar de que deberían haberse formado por igual en el Big Bang?
Al mismo tiempo, los propios científicos admiten que su trabajo está aún lejos de ser una teoría completa de la gravedad cuántica. La teoría matemática propuesta por los físicos finlandeses funciona bien en la aproximación de primer orden. Sin embargo, no está claro si funcionará con variantes de interacción más complejas.
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