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TEMA 4: EL FUTURO DE LA TEORÍA DE LA GRAVITACIÓN Y LA ASTROFÍSICA
- Mecánica cuántica y Relatividad General.
- La teoría cuántica de la gravitación. El gravitón.
- Agujeros negros.
La física actual se basa en lo que hemos aprendido durante el siglo XX acerca de la naturaleza microscópica de la materia (lo que llamamos mecánica cuántica) y lo que hemos aprendido acerca del mundo macroscópico y la gravedad (la relatividad general). Estas dos teorías son como las columnas sobre las que se ha construido todo nuestro conocimiento sobre lo grande y lo pequeño del universo. Ahora nos preguntamos ¿son compatibles ambas teorías? Es decir, ¿funciona la relatividad general de Einstein cuando las masas que se atraen por gravedad son muy pequeñas (electrones, por ejemplo)? Y ¿funciona la mecánica cuántica cuando los objetos son grandes como, por ejemplo, una piedra o el Sol? Antes de hablar más de la mecánica cuántica, vamos a recordar cuáles son esas partículas microscópicas que componen la materia del universo y de nosotros mismos. Las llamamos partículas elementales.
(***) Texto complementario 9 Partículas elementales.
Ahora, volvamos a las preguntas anteriores. Las ecuaciones de la mecánica cuántica sí pueden aplicarse a los objetos grandes (macroscópicos) y dan, como esperábamos de una buena teoría, los resultados habituales de nuestro mundo macroscópico; los físicos dicen que la mecánica cuántica converge hacia la física clásica en el mundo macroscópico, y esto es una poderosa prueba de que la teoría cuántica de la materia es una buena teoría. Respecto a la otra pregunta, si la relatividad general de Einstein funciona en el mundo microscópico, por desgracia, no lo sabemos. Por un lado, es muy difícil medir en el laboratorio la gravedad en cuerpos muy pequeños (porque es muy débil comparada con las otras fuerzas a esa escala microscópica) y, por otro lado, la gravedad, en la descripción de Einstein, es muy extraña. No es una fuerza sino una deformación geométrica del espacio-tiempo. Esto hace que no podamos, en esa descripción de Einstein, aplicar, por analogía, lo que sabemos para las otras fuerzas. Los físicos dicen esto de otro modo: la mecánica cuántica y la relatividad general parecen ser dos teorías incompatibles cuando describen el universo. Esto es muy preocupante porque, aunque ambas teorías explican con gran exactitud la realidad, sin embargo si una fuera correcta la otra no lo sería.Éste es quizá el mayor reto que tiene la física teórica para el presente siglo, hacer una teoría general que explique tanto el microcosmos como el macrocosmos. La mayor parte de los físicos creen que la mecánica cuántica es correcta e intentan hacer una teoría cuántica de la gravitación que sustituya a la relatividad general de Einstein. Sin embargo, vamos a insistir otra vez que absolutamente todos los experimentos y observaciones realizados hasta ahora en objetos macroscópicos se explican perfectamente con la relatividad general. Todas las predicciones de Einstein se han verificado, incluso la existencia de ondas gravitacionales (aunque esta verificación, en particular, se hizo de un modo indirecto; esto se explica en el Experimento 5).
(**) Experimento 5 Simulando ondas gravitacionales.