Competencia de Teoría de Cuerdas: ¿Qué es el Looping?

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Por Andrew Zimmerman Jones, Daniel Robbins

El mayor competidor de la teoría de cuerdas, la idea clave de la gravedad cuántica de bucles es que se puede describir el espacio como un campo; en lugar de un montón de puntos, el espacio es un montón de líneas. El bucle en la gravedad cuántica de bucles tiene que ver con el hecho de que al ver estas líneas de campo (que no tienen que ser líneas rectas, por supuesto), pueden girar alrededor y a través de cada una de ellas, creando una red de espín.

Analizando esta red de paquetes espaciales, supuestamente se pueden extraer resultados que son equivalentes a las leyes conocidas de la física.

La fundación de LQG tuvo lugar en 1986, cuando Abhay Ashtekar reescribió la relatividad general como una serie de líneas de campo en lugar de una cuadrícula de puntos. El resultado no sólo resulta ser más simple que el enfoque anterior, sino que es similar a la teoría de los indicadores.

Pero hay un problema: Las teorías de la galga son teorías dependientes del fondo (se insertan en un marco espacio-tiempo fijo), pero eso no funcionará, porque las propias líneas de campo representan la geometría del espacio. No se puede conectar la teoría al espacio si el espacio ya es parte de la teoría!

Para poder proceder, los físicos que trabajan en esta área tuvieron que mirar la teoría de campo cuántica de una manera completamente nueva para que pudiera ser abordada en un entorno independiente del contexto. Gran parte de este trabajo fue realizado por Ashtekar, Lee Smolin, Ted Jacobson y Carlo Rovelli, que pueden ser considerados razonablemente entre los padres de la gravedad cuántica de bucles.

A medida que LQG se desarrollaba, se hizo evidente que la teoría representaba una red de haces de espacio cuántico conectados, a menudo llamados «átomos» del espacio. El fracaso de los intentos anteriores de escribir una teoría cuántica de la gravedad fue que el espacio-tiempo fue tratado como continuo, en lugar de ser cuantificado en sí mismo.

La evolución de estas conexiones es lo que proporciona el marco dinámico del espacio (aunque aún no se ha demostrado que la gravedad cuántica de bucles se reduzca a las mismas predicciones que las que da la relatividad).

Cada átomo del espacio puede ser representado con un punto (llamado nodo) en un cierto tipo de cuadrícula. La red de todos estos nodos, y las conexiones entre ellos, se llama red de espín. (Las redes Spin fueron desarrolladas originalmente por el físico de Oxford Roger Penrose en los años 70.)

El gráfico alrededor de cada nodo puede cambiar localmente con el tiempo, como se muestra en esta figura (que muestra el estado inicial[a] y el nuevo estado que cambia a[b]). La idea es que la suma total de estos cambios terminará igualando las suaves predicciones espacio-temporales de la relatividad a escalas mayores. (Esa última parte es la mayor parte que aún no ha sido probada.)

Ahora, cuando miras estas líneas y las imaginas en tres dimensiones, las líneas existen dentro del espacio – pero esa es la manera equivocada de pensar sobre ello. En LQG, la red de espín con todos estos nodos y líneas de cuadrícula, toda la red de espín, es en realidad el espacio mismo. La configuración específica de la red de espín es la geometría del espacio.

El análisis de esta red de unidades cuánticas del espacio puede resultar en algo más de lo que los físicos esperaban, porque estudios recientes han indicado que las partículas del Modelo Estándar pueden estar implícitas en la teoría. Este trabajo ha sido en gran medida pionero de Fotini Markopoulou y del australiano Sundance O. Bilson-Thompson.

En el modelo de Bilson-Thompson, los lazos pueden trenzarse entre sí de manera que se puedan crear las partículas, como se indica en esta figura. (Estos resultados siguen siendo enteramente teóricos, y queda por ver cómo funcionan en el marco más amplio de la LQG a medida que se desarrolla, o si tienen algún significado físico en absoluto).

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