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Gravedad Cuántica - Una revolución incompleta en la física

Enviado por Pablo Turmero



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Plan: Daremos un vistazo a la interfase entre la relatividad general y la física cuántica, enfatizando un punto de vista especifico: “geometría cuántica” o “gravedad cuántica de loops”. Empezaremos definiendo un marco histórico y conceptual. Hablaremos luego de geometría cuántica. Discutiremos algunas aplicaciones de la teoría.
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Que es la gravedad cuántica? Como su nombre lo indica, es el estudio de la gravedad usando la mecánica cuántica. Para entender por que hay tanto interés en este tema, conviene que recordemos algunos elementos de estas dos teorías físicas.
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(Gp:) La Gravedad: (Gp:) Usualmente pensamos en la gravedad como la fuerza que nos atrae hacia la Tierra y que además mantiene “unido” al sistema solar y a la Tierra y la Luna. (Gp:) La descripción moderna de la gravedad esta dada por la teoría de la relatividad general de Einstein. En ella la gravedad se entiende como una deformación del espacio-tiempo.
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(Gp:) Mecánica cuántica (Gp:) Es la teoría física que describe el mundo microscópico. Las cosas no se comportan como en el mundo cotidiano. (Gp:) Clásico (Gp:) Cuántico
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La relatividad general se introdujo en 1916. La mecánica cuántica en la segunda mitad de la década de 1920. La manera en que se introdujo la mecánica cuántica fue suponiendo que el espacio-tiempo no esta curvado, lo que contradice a la relatividad general. Desafortunadamente la manera en que se creo la mecánica cuántica es tal que sus principios básicos se contradicen con que no haya un espacio y tiempo absoluto. Un elemento central de la mecánica cuántica es que solo hace predicciones sobre probabilidades. Eso automáticamente implica una idea absoluta de tiempo y espacio. Estos problemas nos complican la situación hasta hoy día.
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Gravedad cuántica: diversos puntos de vista y evolución histórica El principal problema de la gravedad cuántica es que no tenemos evidencia experimental que nos guie. Sabemos que hay que cuantizar la gravedad, pero no existen situaciones experimentales donde su cubanización sea esencial. La gravedad solo es relevante para objetos grandes, la mecánica cuántica solo es relevante para cosas microscópicas. Debido a esto, los distintos enfoques al problema son guiados por prejuicios intelectuales acerca de cuales son los temas centrales y cuales otros temas “se arreglaran fácilmente” una vez que los temas centrales sean resueltos
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Los dos enfoques principales: “El tema central es unificar las fuerzas” “El tema central es la geometría” Teorías con derivadas altas Supergravedad Teoría de Cuerdas Teoría M Sociología: “Físicos de Partículas elementales” (Gp:) Triangulaciones dinámicas Twistores (Gp:) Geometría cuántica Gravedad cuántica de loops “Físicos relativistas”
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Las preguntas centrales: (Si no hay experimentos concretos que explicar, que busca entender la gente en este tema?) Big Bang. Que lo reemplaza? Se produjo un “túnel” desde un universo anterior? Huecos negros: Que es un hueco negro cuántico? Mundo cotidiano: pese a lo que argumentamos antes, habrá experimentos que puedan confirmar predicciones de la gravedad cuántica? El enfoque llamado “geometría cuántica” o “gravedad cuántica de loops” esta lo suficientemente maduro para proveer algunas respuestas (al menos parciales) a estas preguntas.
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Geometría cuántica y gravedad cuántica de loops: Es la geometría un trasfondo conceptualmente útil pero no físico, o es una entidad “real” como una mesa o una silla? Riemann en 1854 en la conferencia inaugural en Göttingen Einstein en 1915 en la relatividad general postularon que la geometría es una entidad real. La materia tiene constituyentes. Los tiene la geometria? Atomos de geometria? Como emerge la imagen de una geometria continua? Hay procesos en los que cuantos de materia se convierten en cuantos de geometria (p.ej. en la evaporacion de huecos negros?) (Gp:) En la relatividad general de Einstein se ve que la geometria queda determinada por la materia,
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Si la geometría es dinámica, se deberá reformular la estructura matemática que se usa en teorías de campos. (Gp:) Imagen cualitativa propuesta por Wheeler “espuma de espacio- tiempo”
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(Gp:) Escala de Planck Esta es la razón por la cual la imagen usual de la geometría como un continuo funciona tan bien! Como se observa la geometría cuántica? Similar al estudio de los átomos . Allí lo que se observan son líneas espectrales, que aparecen discretas. Para la geometría los observables son la longitud, área y volumen. Los mismos solo adquieren valores discretos.
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(Gp:) j (Gp:) s (Gp:) 100cm2 ~ 1068 lineas de campo (Gp:) En 1986 Abhay Ashtekar encontró una manera de formular la relatividad general en términos de variables relacionadas a las líneas del campo gravitatorio. Dichas líneas forman los “loops” (ciclos) de la llamada “gravedad cuántica de loops”.
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