Gravedad cuántica de bucles
La gravedad cuántica de bucles ( LQG ) es una teoría de la gravedad cuántica , que tiene como objetivo fusionar la mecánica cuántica y la relatividad general , incorporando la materia del Modelo Estándar en el marco establecido para el caso de la gravedad cuántica pura. Es un intento de desarrollar una teoría cuántica de la gravedad basada directamente en la formulación geométrica de Einstein en lugar del tratamiento de la gravedad como una fuerza. Como teoría, LQG postula que la estructura del espacio y el tiempo se compone de bucles finitos entretejidos en una tela o red extremadamente fina. Estas redes de bucles se denominan redes de espín . La evolución de una red giratoria, o espuma giratoria, tiene una escala por encima del orden de una longitud de Planck , aproximadamente 10 −35 metros, y las escalas más pequeñas no tienen sentido. En consecuencia, no solo la materia, sino el espacio mismo, prefiere una estructura atómica .
Las áreas de investigación, que involucran a unos 30 grupos de investigación en todo el mundo, [1] comparten los supuestos físicos básicos y la descripción matemática del espacio cuántico. La investigación ha evolucionado en dos direcciones: la gravedad cuántica de bucle canónico más tradicional y la gravedad cuántica de bucle covariante más nueva, llamada teoría de espuma de espín . La teoría mejor desarrollada que se ha propuesto como resultado directo de la gravedad cuántica de bucles se denomina cosmología cuántica de bucles (LQC). LQC avanza en el estudio del universo primitivo, incorporando el concepto del Big Bang en la teoría más amplia del Big Bounce , que prevé el Big Bang como el comienzo de un período de expansión .que sigue a un período de contracción, del que se podría hablar como el Big Crunch .
En 1986, Abhay Ashtekar reformuló la relatividad general de Einstein en un lenguaje más cercano al del resto de la física fundamental, concretamente la teoría de Yang-Mills . [2] Poco después, Ted Jacobson y Lee Smolin se dieron cuenta de que la ecuación formal de la gravedad cuántica, llamada ecuación de Wheeler-DeWitt , admitía soluciones etiquetadas por bucles cuando se reescribían en las nuevas variables de Ashtekar . Carlo Rovelli y Smolin definieron una teoría cuántica de la gravedad no perturbativa e independiente del fondo en términos de estas soluciones de bucle. Jorge Pullin y Jerzy Lewandowskientendió que las intersecciones de los bucles son esenciales para la consistencia de la teoría, y la teoría debe formularse en términos de bucles que se intersecan, o gráficos .
En 1994, Rovelli y Smolin demostraron que los operadores cuánticos de la teoría asociados a área y volumen tienen un espectro discreto. Es decir, la geometría está cuantizada. Este resultado define una base explícita de los estados de la geometría cuántica, que resultaron estar etiquetados por las redes de espines de Roger Penrose , que son gráficos etiquetados por espines .
La versión canónica de la dinámica fue establecida por Thomas Thiemann, quien definió un operador hamiltoniano libre de anomalías y mostró la existencia de una teoría independiente del fondo matemáticamente consistente. La versión covariante, o " espuma giratoria ", de la dinámica fue desarrollada conjuntamente durante varias décadas por grupos de investigación en Francia, Canadá, Reino Unido, Polonia y Alemania. Se completó en 2008, lo que condujo a la definición de una familia de amplitudes de transición, que en el límite clásico se puede demostrar que está relacionado con una familia de truncamientos de la relatividad general. [3] La finitud de estas amplitudes se demostró en 2011. [4] [5] Requiere la existencia de una constante cosmológica positiva, lo cual es consistente con la aceleración observada en la expansión del Universo .
LQG es formalmente independiente de los antecedentes . Lo que significa que las ecuaciones de LQG no están incrustadas ni dependen del espacio y el tiempo (excepto por su topología invariable). En cambio, se espera que den lugar a espacio y tiempo a distancias que son 10 veces la longitud de Planck . El tema de la independencia de fondo en LQG todavía tiene algunas sutilezas sin resolver. Por ejemplo, algunas derivaciones requieren una elección fija de la topología , mientras que cualquier teoría cuántica consistente de la gravedad debería incluir el cambio de topología como un proceso dinámico. [ cita requerida ]
