Gravitón

Origen del concepto

El concepto de gravitón tiene su origen en los esfuerzos por unificar la teoría de la relatividad general de Einstein, que describe la gravedad a nivel macroscópico, con la mecánica cuántica, que describe las otras fuerzas fundamentales a nivel microscópico. La idea del gravitón surge como parte de la teoría cuántica de campos, donde las fuerzas son mediadas por partículas. En este contexto, sería la partícula hipotética que mediaría la interacción gravitatoria.

El concepto de gravitón se propuso para proporcionar una descripción cuántica de la gravedad. En 1930, el físico soviético Matvei Bronstein sugirió que la gravedad podría tener una naturaleza cuántica. En la década de 1960, con el desarrollo de la teoría cuántica de campos y el éxito de la teoría cuántica de las otras fuerzas fundamentales, los físicos comenzaron a considerar seriamente la posibilidad de un gravitón como mediador de la gravedad.

El modelo estándar

El modelo estándar de física de partículas es la teoría que describe tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza (interacción fuerte, interacción débil e interacción electromagnética) y las partículas elementales que las evidencian. Sin embargo, no contempla la gravitación. La inclusión del gravitón en el Modelo Estándar es problemática debido a la naturaleza de la gravedad y la falta de una teoría cuántica completa que la explique.

El gravitón se postula como una partícula de espín 2 sin masa, lo que implica que, al igual que el fotón, debería mediar la fuerza gravitacional. A diferencia de las otras partículas mediadoras del modelo estándar, el gravitón aún no ha sido observado experimentalmente. La búsqueda de evidencia y la unificación de la gravedad con las otras fuerzas fundamentales es un área activa de investigación, que incluye teorías como la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles.

Teoría de loop cuántico de gravedad

Una teoría que intenta cuantizar la gravedad sin recurrir a dimensiones adicionales ni a teorías de cuerdas. Propone que el espacio-tiempo está compuesto de pequeños bucles discretos. En este contexto, el gravitón sería una excitación cuántica del espacio-tiempo discretizado, proporcionando una descripción cuántica de la gravedad.

Teoría de campo conforme

Estudia las teorías cuánticas de campos que son invariantes bajo transformaciones conformes (preservan los ángulos, pero no necesariamente las distancias). Aunque no es una teoría de la gravedad en sí misma, es una herramienta importante en la teoría de cuerdas y en la correspondencia AdS/CFT (espacio anti-de Sitter/teoría conforme de campos), una relación entre ciertas teorías gravitacionales en espacios de tipo anti-de Sitter y teorías de campo conformes en una dimensión menos. En este contexto, el gravitón puede aparecer como una excitación en el lado gravitacional de la correspondencia.

Principios relacionados

Principio de incertidumbre de Heisenberg

Establece que es imposible medir simultáneamente con precisión arbitraria ciertos pares de propiedades físicas, como la posición y el momento de una partícula. En el contexto del gravitón, esto implica que, debido a su naturaleza cuántica, no se pueden determinar con precisión infinita todas sus propiedades al mismo tiempo, lo que afecta las predicciones sobre la gravedad a escalas muy pequeñas.

Principio antrópico

Sugiere que las leyes y constantes del universo deben permitir la existencia de observadores conscientes. En el contexto del gravitón, este principio puede ser utilizado para argumentar que su existencia y la fuerza gravitacional deben ser tales que permitan la formación de estructuras complejas como galaxias, estrellas y planetas, que a su vez permiten la vida.

Principio de equivalencia

Un pilar de la relatividad general y establece que los efectos de un campo gravitacional son indistinguibles de los efectos de una aceleración en un sistema de referencia. En el contexto del gravitón, cualquier teoría cuántica de la gravedad que lo incluya debe respetar este principio, asegurando que los efectos cuánticos del gravitón se correspondan con la experiencia clásica de la gravedad.

Principio holográfico

Propone que toda la información contenida en un volumen de espacio puede ser representada por una teoría que vive en el límite de ese espacio. En el contexto del gravitón, este principio sugiere que los fenómenos gravitacionales dentro de un volumen pueden ser descritos por una teoría sin gravedad en una dimensión menos, lo que tiene implicaciones profundas para la teoría cuántica de la gravedad y la naturaleza del gravitón.

Principio de superposición

En la mecánica cuántica establece que un sistema puede estar en una combinación de múltiples estados simultáneamente. En el contexto del gravitón, esto significa que los gravitones pueden existir en estados de superposición, lo que podría permitir una variedad de configuraciones cuánticas de los campos gravitacionales.

Principio de correspondencia

Sostiene que las predicciones de una teoría cuántica deben coincidir con las de la teoría clásica en el límite de grandes números cuánticos. En el contexto del gravitón, cualquier teoría cuántica que incluya gravitones debe coincidir con la clásica de la relatividad general de Einstein en situaciones donde los efectos cuánticos son pequeños.

Principio de localidad

Establece que los objetos sólo son afectados por su entorno inmediato y no por eventos que ocurren a distancia instantáneamente. En el contexto del gravitón, esto implica que las interacciones gravitacionales mediadas por gravitones deben respetar la localidad, es decir, los efectos de la gravedad se transmiten a través de gravitones de forma local y no instantáneamente a través de distancias finitas.