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La Gravedad Cuántica, el eslabón perdido para comprender la evolución del Universo

 
La Física actual no puede describir lo que sucedió en el Big Bang. La Teoría Cuántica y la Teoría de la Relatividad fracasan en éste estado inicial del Universo infinitamente denso y caliente. Tan solo una teoría de la Gravedad  Cuántica que integre ambos pilares fundamentales de la Física, podría proporcionar una idea acerca de cómo comenzó el Universo. Científicos del Instituto Max Planck para la Física Gravitatoria (Instituto Albert Einstein) en Golm/Potsdam y el Instituto Perimeter de Canadá han hecho un descubrimiento importante en esta dirección. Según su teoría, el espacio está compuesto de diminutas “unidades elementales”. Tomando esto cómo punto de partida, los científicos han llegado a una de las ecuaciones fundamentales de la Cosmología, la Ecuación de Friedmann, que describe el Universo. Esto demuestra que se pueden unificar la Mecánica Cuántica y la Teoría de la Relatividad.
 
Durante casi un siglo han coexistido estas dos grandes teorías de la Física, pero son irreconciliables entre sí: mientras la Teoría General de la Relatividad describe la gravedad, y en consecuencia, el mundo en general, la Física Cuántica describe el mundo de los átomos y de las Partículas Elementales. Ambas teorías funcionan extremadamente bien dentro de sus propios límites, sin embargo, dejan de funcionar tal y como están formuladas actualmente en determinadas regiones extremas, a distancias extremadamente pequeñas, por ejemplo, a la denominada Escala de Planck, [unidades de Planck], tanto el espacio cómo el tiempo carecen de significado en los agujeros negros, y sobre todo, durante el Big Bang.
 
Daniel Oriti, del Instituto Albert Einstein, ha manifestado, “podemos describir el comportamiento del fluir del agua mediante la ya archiconocida teoría de la Hidrodinámica, pero si nos adentramos a escalas cada vez más pequeñas, nos encontramos con átomos individuales a los que ya no le es aplicable. Entonces recurrimos a la Física Cuántica”. Así como un líquido está compuesto de átomos, Oriti se imagina que el espacio está compuesto por células pequeñas o “átomos de espacio” y una nueva teoría para describirlos: la Gravedad Cuántica.
 
En la Teoría de la Relatividad de Einstein, el espacio es continuo. Ahora Oriti rompe éste espacio en diminutas células elementales y les aplica los principios de la Física Cuántica, de ésta manera, puede describir al espacio en sí  y la Teoría de la relatividad. Esta es su idea de la unificación.
 
Un problema fundamental de todas las aproximaciones a la Gravedad Cuántica, radica en unificar las escalas del espacio atómico a las del Universo. Aquí es donde Oriti y sus colegas Lorenzo Sindoni y Steffen Gielen un ex investigador postdoctorado en el AEI (Albert Einstein Institute), que actualmente es investigador en el Instituto Perimeter de Canadá, han tenido éxito. Su enfoque se basa en la Teoría de Campo de Grupo, que está estrechamente relacionada con la Gravedad Cuántica de Bucles que la AEI ha estado desarrollando desde hace algún tiempo.
 
La tarea actual consiste en describir cómo evoluciona el espacio del Universo a partir de las células elementales. Continuando con el símil de los fluidos, ¿cómo puede derivarse la Hidrodinámica del flujo de agua a la teoría de los átomos?
 
Este proceso extremadamente exigente desde el punto de vista matemático, condujo recientemente a un éxito sorprendente. “Bajo supuestos especiales, el espacio puede crearse a partir de estas unidades elementales y evolucionar como un Universo en expansión”, manifestó Oriti, y añadió, “Por primera vez, hemos sido capaces de deducir la Ecuación de Friedmann directamente como parte de nuestra teoría completa de la estructura del espacio”.  Esta ecuación fundamental que describe la expansión del Universo, fue obtenida por el matemático ruso Alexander Friedmann en los años 1920, basándose en la Teoría General de la Relatividad, y en consecuencia, los científicos han tenido éxito en llenar el vacío existente entre el micromundo y el macromundo, o lo que es lo mismo, la Mecánica Cuántica y la Teoría General de la Relatividad, mostrando así que el espacio emerge como un condensado de estas células elementales y evoluciona a un Universo que se asemeja al nuestro.
 
Oriti y sus colegas se encuentran en el comienzo de un viaje difícil pero prometedor. Su solución actual sólo resulta válida para un Universo homogéneo, pero nuestro mundo real es mucho más complejo, contiene heterogeneidades tales como planetas estrellas y galaxias, no obstante, los físicos están trabajando actualmente en la inclusión de ellos en su teoría.
 
Y sobre todo, han planificado algo realmente grande como objetivo final, quieren investigar si es posible describir el espacio durante el Big Bang. Hace unos pocos años, el ex investigador Martin Bojowald del AEI encontró algunos indicios como parte de una versión simplificado de la Gravedad Cuántica de Bucles, en el que tanto el tiempo como el espacio se puedan remontar posiblemente a través del Big Bang. Con su teoría, Oriti y sus colegas esperan poder confirmar o mejorar estos resultados.
 
Si se continúa demostrando su éxito, los investigadores podrían quizás utilizarla para explicar la supuesta expansión del Universo poco después del Big Bang, así como la naturaleza de la misteriosa Energía Oscura. Este campo de la Energía Oscura hace que el Universo se expanda a un ritmo cada vez mayor.
 
Lorenzo Sindoni añadió, “Sólo seremos capaces de entender realmente la evolución del Universo cuando tengamos una teoría de la Gravedad Cuántica”. Los investigadores del AEI se encuentran aquí en buena compañía, <Einstein y sus sucesores han estado buscando esto durante casi cien años>.
 
El espacio está compuesto por pequeñísimas unidades elementales, “átomos de espacio” según algunas teorías modernas de la Gravedad Cuántica, tratando de unificar la Teoría General de la Relatividad y la Mecánica Cuántica. La Gravedad Cuántica podría hacer posible describir la evolución del Universo desde el Big Bang hasta el día de hoy en una única teoría.
La fotografía que encabeza este artículo es de Despina Chatzifotiadou y capta las huellas dejadas por las partículas según salen disparadas de una de las primeras colisiones a 7 TeV en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.
 

 

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