Sauron's short summary of LQG
I am happy to meet someone like yourself who has read Thiemann's LivingReviews article and took the trouble to make a short summary of (background independent) Quantum Gravity for a message board which seems to be a Spanish-language counterpart of PF-----in English: ciencia.com = science.com/forums
Originally posted by Sauron
It is a pity that you have stopped the exposition that was being made.
To try to fill the gap between general relativity and Asthekar variables [here is a link to] an exposition i made in another forums of how [SU(2)]n comes into LQG.
http://www.100cia.com/foros/viewtopic.php?t=847
There is a big problem with it, it is on spanish and now i have not the time to translate it. By no means i am sure it has no mistakes. It is based on what i understood of the T. Thiemann paper.
I see no reason not to post your sketch of LQG here in Spanish!
It is interesting to see how "quantum foam" goes over into
" espuma cuántica". It is really interesting to see the same ideas presented in Spanish---with a slightly different flavor to them. So here is your first post:
This was posted 9 May 2003 by Sauron on "100cia.com"
____________________________________________
Espuma cuántica:
La mecáncia cuántica, en concreto el pirncipio de incertidumbre, permite algunos hechos clasicamente prohibidos.
El típico ppio de incertidumbre es el de posición y momento, que indica que no se pueden conocer simultaneamente la posición y velocidad de una partícula con total posición.
Cuando pasamos a considerar la relatividad espacial otro de esoss principios de incertidumbre cobra una relevancia mayor. Hablo de la indeterminación entre tiempo y energí. Es decir las partículas pueden violar la ley de conservación de la energía durante breves instanes de tiempo.
En cuántica no relativista esta indeterminación es poco relevante pero en cuántica relativista esto permite que durante un breve instante de tiempo se creen nuevas partículas. Son las llamadas paartículas virtuales.
Bien, pués pasando por fín a la relatividad general se postula la existencia y relevancia de nuevos principios de indeterminación.
Pero centremos un poco el tema.
La cuantización de la gravedad es harto compleja.
Puesto que la gravedad Einsteniana se basa en el concepto de métrica, basicamente medir distancias, uno podría pensar que la gravitación cuántica sería cuantizar esas distancias, y que existiera una distancia mínima, la longitud de Planck.
Claro, no iba a ser tan fácil, recientemente un Italiano, amelio-Camelia exploró esta posibilidad y sus consecuencias inmediatas. Puedes leer sobre ello en el post del foro de física tituladoo "double special relativity" (o algo similar).
Pero el caso es que esas consideraciones distan basante de llevarnos a una gravitación cuántica.
En realidad el ataque a la gravitación cuántica cambió de rumbo gracias a Feyman, , el gran "papi" de las partículas virtuales. El desarrolló la idea (ya existente) de que la gravedad la media una partícula, el gravitón. Eesta partícula podría interpretarse cómo la portadora de las curvaturas del espacio tiempo que caracterizan la gravedad.
Este ataque de cuantización de la gravedad no ha funcionado bien, es matematicamente inconsistente para partículas puntuales y sólo la consideración de partículas extensas (cuerdas y demás) permiten seguir adelante con este ataque.
Curiosamente este ataque no permite, o al menos no es el más apropiado, para tratar unos cuantos aspectos de la gravitación, en concreto la espuma cuántica.
La idea es que el ppio de indeterminacio de energía-tiempo en RG puede alcanzar un caso extremo, el que esa indeterminación de la energía alcance un valor tan alto que se forma un "agujero negro virtual". y uqe se desintegre rapidamente. Entonces mirado "de cerca" el universo sería un lugar dónde eestan continuamente cereandose y destruyendose agujeros negors.
En realidad podrían formarse y destruirse otros bojetos exótics ligados a agujerson negors, agujeros blancos, agujeros de gusanos, etc.
Entonces a la escala de Planck el universo se vería un poco cómo un queso gruyerere hecho de agujeros que aparecen y desaparecen, Esto es lo que ha dado en llamarse "espuma cuántica".
¿Por que afimro que el gravitón no es bueno para tratar la espuma cuántica?. Pués porque estas rupturas extremas del espacio teimpo no son perturbaciones pequeñas de la métrica del espacio tiempo que es lo que describe bien el gravitón.
De hecho este concepto surge mejor en el marco de otras proximaciones a la gravitación cuántica. La path integral (integral de caminos).
Esta es una forma de descripción de la mecánica cuántica ideadapor Dirac y desarrollada por Feyman. Postula que las parículas no sólo pueden ir de un punto a otro siguiendo las trayectorias clásicas. En realidad pueden ir por cualquier camino. Eso sí, cuanto más alejados de la trayectoria clásica esos caminos son menos influyentes en la probablidad de que un particula vaya de un punto a otro.
En gravitación eso se traduce en que para considerar una probablidad de que un universo en contracción "rebote" y pase a expandirse)hay que sumar sobre todas las métricas posibles, no sólo las clasicamente permitidas.
En esta integral de caminos en principio hab´ria que considerar métricas que no cambiaran la topolo´gia del espacio tiempo (la gravedad clásica no permite estos cambios de topología), pero you puestos a cuantizar ¿por que no permitir estos cambios de topología?.
Es decir, podría considerar que la interacción gravitatoria de dos partículas sería la resultante de considerar que se desplazan por todas las métricas intermedias entre ellas -con las métricas clasicamente compatibles siendo las más importantes- y además podríamos permitr que esas métricas incluyeran "aguejeros" diversos si queremos dar forma a la espuma cuántica.
Por tanto el tema de la espuma cuántica en estas dos aproximaciones es un poco cuestión de fé, es decir, parecería natural permitir su existencia pero no haya nada que lo pruebe.
Y aquí viene a rescate la mejor candidata a una gravedad cuántica que tenemos en la actualidad, la LQG (loop quantum gravity). Esta , a diferencia de las supercuerdas, coje la gravitación de Einstein y los métodos típicos de cuantización (cuantización canónica) e intenta armonizarlos.
Esto you lo habían hecho anteriormente, sin demasiado éxito. El problema es que surgían uans ecuaciones -llamadas ligaduras- muy dificiles de resolver (La más famosa de estas ligaduras se concoe cómo ecuacion de Wheller-deWitt).
Lo novedoso de la loop quantum gravity es que en vez de utilizar directamente la métrica usa unas variables ligadas a ella, las variables de ASthekar, en las que las ligaduras toman una forma más sencilla. Además estas ligaduras se basan en algo muy conocido por los físicos de partículas, el grupo SU(2).
Para resolver estas ligaduras introducen unos estados, los estados de loop, que son estados que permiten describir cualquier configuración gravitatoria en forma de unaintegral sobre un camino cerrado, un loop.
Sobre estos estados las ecuaciones de las ligaduras toamn una forma particularmente sencilla, y se convierten en ecuacioines algebraicas en vez de ecuaciones diferenciales.
En relaidad esta formulaciónha devenido en las llamadas "spin networks", en la uqe estos estados de loop se caracterizan cómo una red con nodos (a traves de consideracioes típicaas de la teoría de grupos) y las ecuaciones lo que describen es cómo evolucionan estos nodos.
Es decir esta LQG lleva de manera natural a una versión discretizada y no continua de la evolución temporal.
Una versión "covariante" de la LQG, basada en path integral y en lagrangianos en vez de hamiltonianos, esta empezando a desarrollarse, y la "spin network" se trasforma en lo que se ha dado en llamarse "spin foam" , traducible por "espuma de spin".
Cómo indica el nombre esta "spin foam" permite la aparción de la espuma cuántica de una manera bastante natural.
He hecho una descripción bastante superficial de los temas indicados, hora no tengo tiempo para entrar en detalles, peor espero que os sirva de algo.
Cómo miniconclusión indicar que la "espuma cuántica" es algo de lo que se tiene una intuición de que podría, o quizás hasta debería, existir. Sin embargo al no sber cuantizar correctamente la gravedad no podíamos ver cómo esta idea intuitiva toma forma. La LQG nos lleva muy cerca de poder analizar esta idea rigurosamente, cómo tantos otros aspectos de la gravedad cuántica.
En cualuqier caso la LQG es "sólo" una teoría matematicamente consistente de la gravedad cuántica, pero no hay evidencias experimentales uqe la avalen (ni que la nieguen, los fenómenos de gravedad cuántica no son relevantes en la mayoría de los procesos que podemos medir, pero tal vez en un futro no muy lejano...). Por tanto incluso si finalmente se demuestra que alberga en su parato matemático la "espuma cuántica" esot no demostrará la existencia de esta, pero al menos sabremso que si no existe la gravitación einsteniana cuantizada no es la teoría que describe la gravedad para latas energías.