Teoria de la Gravetat Quàntica
(Quantum Gravity – QG)Una explicació clara, estructurada i actualitzada (novembre 2025) sobre què és, per què la necessitem, quines són les candidates principals i on estem avui.
1. El Problema Fonamental
→ No tenim una teoria que descrigui la gravetat a nivell quàntic.Exemple concret:
2. Què ha de fer una Teoria de Gravetat Quàntica?
3. Candidates Principals (2025)
4. Les Dues Grans Candidates (Detall)A. Gravetat Quàntica de Bucles (Loop Quantum Gravity – LQG)Idea central:
Avantatge: No requereix dimensions extra ni supersimetria.
Crítica: Difícil connectar amb el Model Estàndard.
B. Teoria de Cordes (ja vista)
5. Enfocament Emergent: AdS/CFT i Gravetat HologràficaIdea revolucionària (Juan Maldacena, 1997):
6. Experiments i Observacions (2025)
7. Resum Visual
8. Conclusió: On Som Avui?
Recursos Recomanats
1. El Problema Fonamental
Teoria | Funciona a... | No funciona quan... |
|---|---|---|
Relativitat General (Einstein) | Escala macro (planetes, forats negres, cosmos) | A escales micro (dins forats negres, Big Bang) |
Mecànica Quàntica | Escala micro (àtoms, partícules) | Inclou la gravetat |
- Dins un forat negre, la densitat és infinita → singularitat.
- La mecànica quàntica diu: "res pot ser infinit" → contradicció.
2. Què ha de fer una Teoria de Gravetat Quàntica?
Requisit | Descripció |
|---|---|
1. Gravetat com a força quàntica | El "gravitó" (partícula de gravetat) ha de ser quantitzat |
2. Sense singularitats | Resoldre Big Bang i interiors de forats negres |
3. Consistència matemàtica | No infinits no controlables ("renormalització") |
4. Prediccions testables | Idealment, observable amb experiments actuals o futurs |
3. Candidates Principals (2025)
Teoria | Enfocament | Estat | Prediccions Testables? |
|---|---|---|---|
1. Teoria de Cordes | Cordes vibrants en 10/11D | Hipòtesi matemàtica avançada | No directes (encara) |
2. Gravetat Quàntica de Bucles (LQG) | Espai-temps quantitzat en "bucles" | En desenvolupament | Sí (ones gravitacionals, CMB) |
3. Gravetat Quàntica Asimptòtica Segura (AGT) | Gravitons + simetria | Elegant, però incompleta | No clares |
4. Geometria No-Conmutativa | Espai amb coordenades que no commuten | Prometedora | En estudi |
5. Emergent (Entropic, AdS/CFT) | Gravetat "sorgeix" d'altres fenòmens | Revolucionària | Sí (forats negres, holografia) |
4. Les Dues Grans Candidates (Detall)A. Gravetat Quàntica de Bucles (Loop Quantum Gravity – LQG)Idea central:
L’espai-temps no és continu, sinó discret a escala de Planck.
text
Escala de Planck:
ℓ_P = √(ℏ G / c³) ≈ 1.6 × 10⁻³⁵ metres
t_P ≈ 5.4 × 10⁻⁴⁴ segons- L’espai està fet de "àtoms d’espai" connectats com una xarxa (spin networks).
- El Big Bang no és una singularitat → és un Big Bounce (rebot quàntic).
Fenomen | Predicció LQG | Observació possible |
|---|---|---|
Ones gravitacionals | Modificacions a alta freqüència | LIGO/Virgo (futurs detectors) |
CMB (fons còsmic) | Efectes de quantització primerenca | Planck, futur CMB-S4 |
Forats negres | Sense singularitat → "forat negre quàntic" | Emissió tèrmica modificada |
Crítica: Difícil connectar amb el Model Estàndard.
B. Teoria de Cordes (ja vista)
- Gravitons = cordes tancades vibrants.
- Requereix 10 o 11 dimensions.
- Inclou supersimetria (encara no detectada).
Paisatge de cordes: ~10⁵⁰⁰ solucions possibles → difícil predir res concret.
5. Enfocament Emergent: AdS/CFT i Gravetat HologràficaIdea revolucionària (Juan Maldacena, 1997):
La gravetat en un espai pot ser equivalent a una teoria quàntica sense gravetat en la seva frontera.
text
Univers 3D (amb gravetat) ↔ Teoria 2D a la "pell" (sense gravetat)- Com un holograma: la imatge 3D està codificada en 2D.
- Aplica a forats negres: entropia = àrea de l’horitzó (Bekenstein-Hawking).
- Simulacions de plasma de quarks (RHIC, LHC) usant AdS/CFT.
- Models de computació quàntica i informació en forats negres.
6. Experiments i Observacions (2025)
Mètode | Objectiu | Estat |
|---|---|---|
LIGO/Virgo/KAGRA | Ones gravitacionals d’alta freqüència | Detectades, però no encara anomalies QG |
LISA (2035) | Ones de baixa freqüència (forats negres supermassius) | En construcció |
CMB-S4, LiteBIRD | Efectes de quantització al Big Bang | Dades esperades ~2030 |
Telescopis (EHT) | Ombra de forats negres + emissió | M87*, Sgr A* → dades creixents |
Taula (Tabletop) | Interferòmetres per detectar fluctuacions espai-temps | Experiments en curs (Holometer, etc.) |
7. Resum Visual
text
┌─────────────────────┐
│ GRAVETAT QUÀNTICA │
└─────────────────────┘
│
┌──────────────────┼──────────────────┐
▼ ▼ ▼
Teoria de Cordes LQG (Bucles) Emergent (AdS/CFT)
(10D, cordes) (espai discret) (holografia)
│ │ │
Supersimetria? Big Bounce? Informació preservada?
│ │ │
No detectada Possible Comprovat en models8. Conclusió: On Som Avui?
Pregunta | Resposta (2025) |
|---|---|
Tenim una teoria completa? | No |
Hi ha candidats seriosos? | Sí: LQG i Cordes |
Hi ha progrés experimental? | Sí, però indirecte |
Quan tindrem una resposta? | Probablement dècades (2030–2050) |
La gravetat quàntica és el sant grial de la física teòrica.
No només ens dirà què va passar al Big Bang o dins dels forats negres,
sinó com és la natura fonamental de l’espai, el temps i la realitat.
No només ens dirà què va passar al Big Bang o dins dels forats negres,
sinó com és la natura fonamental de l’espai, el temps i la realitat.
Recursos Recomanats
Tipus | Títol |
|---|---|
Llibre | Three Roads to Quantum Gravity – Lee Smolin |
Llibre | Reality Is Not What It Seems – Carlo Rovelli (LQG) |
Vídeo | "Quantum Gravity" – PBS Space Time (YouTube) |
Curs | Perimeter Institute: Quantum Gravity (gratuït) |