Este sin duda es uno de los temas potentes en la física de nuestro siglo. La cuestión esencial es que nuestro entendimiento de la naturaleza hemos llegado a identificar dos marcos teóricos que, corroborados hasta la saciedad por el experimento, nos dan una imagen de nuestro universo. Estos marcos teóricos son:

  • La Relatividad General: Qué es la teoría que engloba toda la teoría clásica y nos explica la propia esencia de la gravedad. Esta teoría está basada en argumentos geométricos de extremada belleza.


  • La Teoría Cuántica: Que explica los constituyentes más elementales de la naturaleza. Ha sido capaz de generar toda la tecnología útil de los últimos 60 años. Y nos ha descubierto todo un mundo de partículas subatómicas y nuevos estados de la materia.

Sin embargo, estos dos marcos conceptuales son, por el momento, incompatibles entre sí. No sabemos formular teorías que incorporen las características de la Relatividad General y las de la teoría cuántica simultáneamente.

En principio esto no debería ser un problema, pero es un tanto descorazonador que la naturaleza sea de tal forma que no se pueda aunar todas las teorías dentro de un mismo marco. Máxime cuando en los últimos 50 años, y antes, se ha visto como todas las interacciones se han ido fusionando en teorías cada vez más simples a nivel conceptual. Por lo tanto, si desearamos formular la gravedad en términos cuánticos deberíamos de aprender a unificar Relatividad General y Mecánica Cuántica en una única construcción.

El problema más acuciante en cuanto a conseguir este objetivo es la falta de evidencias experimentales que requieran de ambos esquemas a la vez. La razón de ello es bastante técnica pero uno puede percibirlo en el sencillo ejemplo de qué incidencia tiene la gravedad en el átomo de Hidrógeno.

Cómo es conocido la gravedad es una interacción que es veces menor que la interacción electromagnética. Por lo tanto, a nivel atómico, donde la cuántica es esencial, la gravedad no tiene nada que decir.

La cuestión es que sólo en situaciones donde la densidad de energía sea muy elevada y en volumenes muy pequeños encontraremos situaciones que necesiten de una teoría de gravedad cuántica. O tal vez no... pero hay que seguir buscando porque por el momento solo sabemos que en agujeros negros y el origen del universo se hace necesaria esta teoría de gravedad cuántica.

Así que por el momento los físicos solo tienen una herramienta disponible para alcanzar la gravedad cuántica, la teoría y la coherencia interna con el resto de la física.

Esto deja abierto todo un abanico de posibilidades para proponer teorías de gravedad cuántica. En principio podemos decir que hay dos vías principales para la conseguir llegar al resultado:

  • Partir de una teoría clásica y cuantizarla.

  • Proponer una teoria cuántica de entrada y estudiar si recuperamos la teoría clásica correcta.

En la primera opción están todas las versiones que parten de Relatividad General (o alguna modificación) e intentan acomodarla a la teoría cuántica. Es decir, que intentan cuantizar RG directamente lo que se llama por ahí Relatividad General Cuántica. Esto es lo usual en teoría cuántica de campos al cuantizar el campo electromagnético. Uno parte de la teoría de Maxwell y lo hace cuántico siguiendo unas recetas definidas. Al igual que pasa en teoría cuántica de campos usual uno puede tomar ahora dos caminos:

  1. Cuantizar Relatividad General como una teoría definida en un espaciotiempo 3+1, es decir, identificando una coordenada temporal fiducial y cuantizando (Cuantización Canónica).
  2. Cuantizar Relatividad General como una teoría en 4 dimensiones, sin identificar un tiempo, así no se rompe la simetría de la teoría en ningún paso (Cuantización Covariante).

Ninguna de las propuestas basadas en estos caminos es concluyente por el momento, pero hemos aprendido mucho por el camino. Lo primero que se intentó fué una cuántización covariante lo que fué determinante para definir los conocidos fantasmas de teoría cuántica de campos, lo que nos llevó a la renormalización. Además de sugerir la supersimetría, por decir dos cosas simples y conocidas.

La segunda opción es la más popular y populosa en la actualidad, partir de una teoría cuántica e intentar recuperar la teoría de la gravitación es justo lo que se plantea en Teoría de Cuerdas. Lo interesante es que hay que definir todo un conjunto de objetos que por desgracia aún no han sido contrastados con la experiencia. Cuerdas, branas, supersimetría, dimensiones extra, etc. Esta es una posición menos conservadora que la anterior, pero está siendo ampliamente explorada por la comunidad.

Por lo tanto, me gustaría decirle a cualquiera que esté interesado en este tema, que efectivamente es un tema apasionante, que te posibilita aprender muchas cosas porque son muchas cosas las que hay que manejar. Y que sondeen las posibilidades y que disfruten...

Saludos