En 1916, Albert Einstein revolucionó nuestra manera de entender el universo con su teoría general de la relatividad. Explicó que la gravedad no era una fuerza misteriosa que actuaba a distancia, sino la manifestación de la curvatura del espacio-tiempo causada por la presencia de masa y energía. Más de un siglo después, ese mismo fenómeno sigue siendo fuente de enigmas. Porque aunque la teoría de Einstein ha resistido todas las pruebas, sigue siendo incompatible con las leyes que rigen el mundo microscópico: las de la mecánica cuántica. Y sin una forma coherente de unir ambas visiones, la física se queda incompleta.
Esa unificación es lo que busca una nueva propuesta desarrollada por los físicos Mikko Partanen y Jukka Tulkki, de la Universidad de Aalto (Finlandia). Su teoría cuántica de la gravedad, publicada en Reports on Progress in Physics, plantea un enfoque novedoso y matemáticamente compatible con el modelo estándar de la física de partículas. Aunque los autores insisten en que aún queda trabajo por delante, el avance ha sido recibido con atención, porque podría ser el paso que nos acerque por fin a la ansiada “teoría del todo”.
La brecha entre lo muy grande y lo muy pequeño
Uno de los grandes dilemas de la física moderna es que las dos teorías que mejor describen el universo no se entienden entre sí. Por un lado está la relatividad general, que describe cómo se comportan los planetas, las estrellas y las galaxias. Por otro, la mecánica cuántica, que rige el comportamiento de las partículas subatómicas. Ambas han sido confirmadas experimentalmente con una precisión asombrosa. Sin embargo, cuando se intenta aplicarlas juntas —por ejemplo, en el interior de un agujero negro o en los primeros instantes del universo—, las matemáticas se rompen. Surgen infinitos, contradicciones y resultados sin sentido.
Este conflicto es especialmente evidente con la gravedad. Mientras que las otras tres fuerzas fundamentales —el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil— han sido integradas con éxito en el modelo estándar mediante teorías de campos cuánticos, la gravedad se ha quedado fuera. Su formulación clásica choca con las reglas probabilísticas y discretas del mundo cuántico. Resolver esta incompatibilidad no es solo una cuestión teórica, sino una condición necesaria para poder describir de forma coherente el universo en su conjunto.
Un nuevo enfoque: simetrías de calibre y espacio plano
La teoría propuesta por Partanen y Tulkki introduce un cambio fundamental en la forma de abordar la gravedad cuántica. En lugar de basarse en el marco de la relatividad general, que parte de un espacio-tiempo curvado, los autores trabajan en un espacio plano y describen la gravedad como un campo de gauge —es decir, un tipo de campo que ya se usa para describir las otras tres fuerzas fundamentales en la física de partículas—.
El núcleo de su propuesta es que la gravedad puede entenderse como un campo generado por cuatro simetrías de gauge unidimensionales que actúan de forma conjunta. Según explican, “el campo cuántico de gravedad se calcula en un espacio plano, y la métrica clásica curva se obtiene como valor esperado del campo cuántico de gravedad”. Esta idea permite reinterpretar la curvatura del espacio-tiempo no como una propiedad fundamental, sino como una manifestación emergente del comportamiento cuántico.
Este enfoque les permite evitar algunas de las dificultades que han bloqueado anteriores intentos de unificar la gravedad con las demás fuerzas. Al construir una teoría que comparte las simetrías del modelo estándar, pueden aplicar herramientas matemáticas ya conocidas, como la renormalización, para controlar los infinitos que aparecen en los cálculos.
¿Una teoría del todo? Prudencia, pero con ambición
Aunque el término “teoría del todo” aparece con frecuencia al hablar de este tipo de propuestas, los propios autores son cautelosos. “Una teoría que describa coherentemente todas las fuerzas fundamentales de la naturaleza se llama a menudo teoría del todo, aunque yo no suelo usar ese término”, afirma Partanen en declaraciones recogidas en uno de los artículos de divulgación sobre el estudio. La prudencia tiene sentido: su teoría aún no ha sido completada ni verificada por otros equipos. En particular, queda por demostrar que el procedimiento de renormalización, que han aplicado con éxito a los primeros términos de la teoría, se mantenga en los órdenes superiores.
“Todavía tenemos que hacer una prueba completa, pero creemos que es muy probable que tengamos éxito”, señala Tulkki. Esa confianza se basa en la solidez interna de su planteamiento y en el hecho de que la teoría ya ha sido publicada para que otros grupos puedan analizarla, comprobar sus resultados e incluso desarrollarla más allá. Como ocurre con cualquier avance científico, el tiempo y el trabajo de la comunidad serán decisivos.
Pero incluso en este estadio preliminar, la teoría abre puertas. Si se confirma su validez, podría dar nuevas herramientas para estudiar fenómenos extremos, como la evaporación de los agujeros negros o las condiciones del universo en los primeros instantes después del Big Bang. También podría ayudar a resolver una de las grandes incógnitas de la física actual: por qué hay más materia que antimateria en el universo observable.
Implicaciones más allá de lo teórico
A simple vista, una teoría cuántica de la gravedad puede parecer algo puramente abstracto, sin conexión con el mundo real. Pero la historia de la física demuestra lo contrario. Muchos avances teóricos que parecían alejados de la práctica han terminado por cambiar el mundo. El propio sistema GPS que usamos a diario no funcionaría sin tener en cuenta las correcciones relativistas que predijo Einstein.
Los investigadores de Aalto subrayan que su objetivo no es solo cerrar una brecha conceptual, sino sentar las bases de una nueva comprensión del universo. Según Partanen, “una teoría cuántica de la gravedad es necesaria para entender qué tipo de fenómenos ocurren cuando hay un campo gravitatorio y energías altas”. Esa combinación se da en contextos extremos, pero también puede tener consecuencias en escalas más accesibles si se descubren nuevas partículas o campos relacionados con la gravedad cuántica.
Además, trabajar en esta línea puede tener un efecto arrastre sobre otras áreas. La física fundamental ha sido tradicionalmente un motor de innovación técnica: desde los aceleradores de partículas hasta las tecnologías cuánticas actuales, muchos desarrollos han nacido de la necesidad de medir, controlar o simular los fenómenos que estas teorías predicen. Una mejor comprensión de la gravedad cuántica puede traducirse en nuevas ideas, dispositivos o métodos para otras disciplinas científicas y tecnológicas.
Una invitación abierta a la comunidad científica
Una de las decisiones más importantes de Partanen y Tulkki ha sido publicar su teoría a pesar de que aún no está completamente demostrada. Lo hacen como una invitación abierta a la comunidad científica para que la analice, critique y, si lo merece, la continúe. Este espíritu de colaboración y apertura forma parte del proceso normal del avance científico.
Como señalan en su conclusión, “esperamos que nuestra teoría abra incontables caminos para que los científicos los exploren, como hicieron en su día la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad”. No es una afirmación menor. Implica reconocer el valor especulativo pero potente de su trabajo. Y también confiar en que, como tantas veces en la historia de la ciencia, el progreso no se alcanza de golpe, sino paso a paso, con ideas que se construyen unas sobre otras.
Referencias
- Mikko Partanen, Jukka Tulkki. Gravity generated by four one-dimensional unitary gauge symmetries and the Standard Model. Reports on Progress in Physics. DOI: 10.1088/1361-6633/adc82e.
Cortesía de Muy Interesante
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