La teoría del todo es considerada el “santo grial” de la física. Se trata de una teoría hipotética que busca unificar todas las fuerzas y partículas fundamentales en una única estructura matemática, con el fin de comprender el origen del universo. Su objetivo principal es conectar la mecánica cuántica, que describe el mundo subatómico, con la relatividad general, que explica el comportamiento de las estructuras cósmicas.
No es una tarea sencilla. Para que se logre una verdadera teoría del todo, es necesario integrar las cuatro fuerzas fundamentales: la nuclear débil, la nuclear fuerte, el electromagnetismo y la gravedad, dentro del marco de la teoría cuántica de campos. Esto implica que cada fuerza debe ser entendida desde una perspectiva cuántica, donde su acción se transmite a través de partículas mediadoras generadas por la excitación de un campo.
Hasta el momento, los científicos han identificado los mediadores de tres de estas fuerzas: el gluón (fuerza fuerte), los bosones W y Z (fuerza débil) y el fotón (electromagnetismo). Sin embargo, al intentar estudiar la gravedad desde un enfoque cuántico, la situación se complica considerablemente.
El reto de unificar lo incompatible
El consenso científico sostiene que la gravedad no es una fuerza en el sentido convencional. La teoría de la relatividad general describe la gravedad como el resultado de la curvatura del espacio-tiempo, provocada por la presencia de masa y energía. Esta interpretación ha sido fundamental para predecir con precisión el comportamiento de los cuerpos celestes, aunque sigue siendo incompatible con la teoría cuántica de campos.
A lo largo de generaciones, físicos de todo el mundo han intentado integrar la gravedad en un marco cuántico mediante nuevos enfoques. El esfuerzo más reciente proviene de la Universidad Aalto, en Finlandia, donde dos investigadores han presentado una nueva propuesta en la revista Reports on Progress in Physics. Su enfoque explora la gravedad como una interacción mediada por un campo cuántico, similar a las otras fuerzas fundamentales. Si esta propuesta es aceptada por la comunidad científica, podría dar lugar a una teoría cuántica de campos de gravedad completa, marcando un avance significativo hacia la teoría del todo.
La gravedad unificada
Las partículas cargadas eléctricamente interactúan a través del campo electromagnético. En teoría, la gravedad debería comportarse de manera similar, con una partícula mediadora que permita su cuantización. La pregunta central que se plantea en la física desde la segunda mitad del siglo XX es qué tipo de campo es el que permite que la gravedad tenga sentido en el mundo subatómico y cuáles son las condiciones necesarias. Aunque ha habido algunas ideas al respecto, ninguna ha logrado resolver completamente el dilema.
El trabajo presentado por los científicos de la Universidad Aalto introduce una forma matemáticamente innovadora de describir la gravedad dentro de un marco teórico donde las partículas interactúan mediante un campo cuántico. Su propuesta se alinea con los principios de la mecánica cuántica, en los que todas las fuerzas fundamentales tienen partículas mediadoras que interactúan a través de campos específicos.
Los investigadores Mikko Partanen y Jukka Tulkki afirman que su modelo de gravedad unificada supera las pruebas en las que otros enfoques han fallado. Una de las claves de su teoría es el uso de simetrías finitas y compactas, en contraste con las tradicionales. Además, han utilizado herramientas matemáticas avanzadas, como los espinores, para describir el comportamiento de las interacciones gravitatorias en términos cuánticos.
A pesar de que la teoría de gravedad unificada aún necesita ser sometida a pruebas experimentales y revisiones teóricas, los autores se muestran optimistas sobre su viabilidad. Han publicado su trabajo con la intención de que otros investigadores lo analicen, ofrezcan críticas y contribuyan a su perfeccionamiento.
«Si esto logra conducir a una teoría cuántica de campos para la gravedad completamente desarrollada, eventualmente nos ayudará a resolver problemas tan complejos como las singularidades en los agujeros negros y el Big Bang», afirmaron los investigadores.