A horcajadas en el Tiempo

La Unificación De La Gravedad
cuántica con la relatividad especial surgieron nuevos conceptos trascendentales del micromundo. No se sabe cómo se han de modificar esos
conceptos para combinar la teoría cuántica con la teoría general de la relatividad. Nadie sabe aún si esa combinación es posible.
La principal dificultad para encontrar una teoría que unifique la relatividad con la teoría cuántica estriba en que la relatividad general es
una teoría «clásica», esto quiere decir que no incorpora el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica. El punto de partida de la relatividad
general es el «principio de equivalencia»: el principio de que un campo gravitatorio local es indiferenciable de un movimiento acelerado. En
consecuencia, un primer paso necesario, por consiguiente, consiste en combinar la relatividad general con el principio de incertidumbre. Lo
anterior, puede tener algunas derivaciones muy notables, como que los agujeros negros no sean negros, y que el universo no tenga ninguna
singularidad, sino que sea completamente autocontenido y sin una frontera.
Einstein reconocía en el principio de equivalencia que la presencia de un campo gravitatorio local es sólo un símil de si un observador
está acelerando o no; es decir, depende del sistema de coordenadas con que decida medir su movimiento. Por ejemplo, si eligiéramos para el
sistema de coordenadas una nave espacial en aceleración habría un campo «gravitatorio», pero en un sistema de coordenadas que no esté en
aceleración no habrá ninguno. Pero las leyes matemáticas fundamentales de la física deberían ser iguales para todos los observadores,
independientemente de que el observador esté acelerando, permanezca quieto o se mueva de cualquier modo respecto a otro. Si no, las leyes
fundamentales dependerían de la elección arbitraria por un observador de un sistema de coordenadas determinante, y ese tipo de arbitrariedad
no debería darse en las leyes fundamentales. Este principio de «invarianza coordinada general» se halla incorporado a la teoría de la relatividad
general. A este respecto, va más lejos de la primera teoría de la relatividad especial de Einstein, que sólo exigía que las leyes matemáticas de la
física tuviesen la misma forma para observadores que estuvieran moviéndose de manera uniforme en la relación los unos con los otros: un
movimiento especial a una velocidad constante.
Según la teoría relativista del campo cuántico, un campo de gravedad constante
crea un baño radiante de partículas cuánticas, como los fotones, a una temperatura
determinada. Sería como estar dentro de un horno (por suerte, esta temperatura es muy
baja en la fuerza de gravedad de la Tierra). Pero el principio de equivalencia entraña que un
campo gravitatorio sea lo mismo que una aceleración. En consecuencia, un observador en
aceleración ve un baño de partículas cuánticas creadas por el campo «gravitatorio»,
mientras que el que está inmóvil no lo ve. Se altera, por tanto, la idea misma de creación y
destrucción de partículas cuánticas. No está claro lo que quedará del concepto «partícula
cuántica» en la relatividad general, pero en la actualidad este concepto es esencial para la
visión que tienen los físicos del micromundo.
Por otra parte, se tiene el problema que el principio de incertidumbre implica que el
espacio «vacío» está lleno de pares de partículas y antipartículas virtuales. Estos pares
tendrían una cantidad infinita de energía y, por consiguiente, a través de la ecuación
relativista E = mc 2 , tendrían una cantidad infinita de masa. Su atracción gravitatoria
curvaría, por tanto, el universo hasta un tamaño semejante al de una bolita de juegos
infantiles. En consecuencia, cuando se trabaja con la relatividad general es necesario
considerar que, para ella, el «vacío» es verdaderamente vacío, ya que ignora todo acerca
de los campos y de la dualidad onda-partícula.
Por otro lado, al intentar incorporar el principio de incertidumbre a la relatividad
general se dispone de sólo dos cantidades que pueden estar sujetas a ajustes: la intensidad
de la gravedad y el valor de la constante cosmológica. Pero ello es altamente incoherente,
dado la gran cantidad de infinitos que aparecen en los resultados cuantificados. Lo anterior,
implica que existiría un espaciotiempo con curvaturas infinitas, lo que representa una
tremenda contradicción con las observaciones que indican que son mensurables y finitas.
Figura 12.05.00.2.- Las matemáticas de la
relatividad general sólo dejan espacio para
ajustar la intensidad de la gravedad y la
constante cosmológica, lo que es insuficiente
para anular los infinitos.
Los físicos teóricos que han estudiado detenidamente estos problemas, creen que
para combinar la teoría cuántica con la teoría de la relatividad general habrá que modificar sustancialmente las ideas físicas fundamentales.
Einstein creía que sí se lograba combinar la teoría cuántica con la de la relatividad general el resultado sería una teoría del campo unificado de
todas las fuerzas. Pese a los grandes esfuerzos de los físicos de mayor talento, hasta ahora nadie ha conseguido realizar esta combinación de
un modo matemática y físicamente convincente y limpio. Esto no debe sorprendernos si tenemos en cuenta que a los físicos les costó varias
décadas de esfuerzo intelectual combinar la teoría cuántica con la teoría de la relatividad especial o restringida, que era más simple (la fusión
tuvo como consecuencia las notables teorías relativitas del campo cuántico y una nueva visión del microcosmos). Es muy probable que los físicos
tarden aún décadas en conseguir una fusión coherente de la teoría cuántica y de la de la relatividad general. Encontrar una teoría cuántica de la
gravedad sigue siendo el gran problema por resolver de la física teórica moderna.
Los físicos, pese a carecer de una teoría cuántica de la gravedad viable, no pueden resistir la tentación de proponer hipótesis sobre las
características del espaciotiempo a escalas de distancia de 10 -33 cm (la escala de Planck, a la que pasan a ser importantes los efectos cuánticos
de la gravedad), aunque sólo sea para convencerse de que sus conceptos más amados se desintegran a tales distancias. Pero cualquiera de
esas hipótesis, por ahora, chocan con una realidad: los fósiles que se disponen para estudiarlos no sabemos interpretarlos. A temperaturas muy
http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-12_05.htm (3 of 4)29/12/2004 23:40:18