La cosmología cuántica de bucles (LQC) [1] [2] [3] [4] [5] es un modelo finito y de simetría reducida de gravedad cuántica de bucles ( LQG ) que predice un "puente cuántico" entre las ramas cosmológicas en contracción y expansión .
La característica distintiva de LQC es el papel destacado que desempeñan los efectos de la geometría cuántica de la gravedad cuántica de bucles (LQG). En particular, la geometría cuántica crea una fuerza repulsiva completamente nueva que es totalmente insignificante en una curvatura espacio-temporal baja, pero que aumenta muy rápidamente en el régimen de Planck , abrumando la atracción gravitacional clásica y resolviendo así las singularidades de la relatividad general . Una vez resueltas las singularidades, el paradigma conceptual de la cosmología cambia y hay que revisar muchas de las cuestiones habituales (por ejemplo, el " problema del horizonte ") desde una nueva perspectiva.
Dado que LQG se basa en una teoría cuántica específica de la geometría riemanniana , [6] [7] los observables geométricos muestran una discreción fundamental que desempeña un papel clave en la dinámica cuántica : mientras que las predicciones de LQC son muy cercanas a las de la geometrodinámica cuántica (QGD) Del régimen de Planck , hay una diferencia dramática una vez que las densidades y curvaturas entran en la escala de Planck . En LQC el Big Bang es reemplazado por un rebote cuántico .
El estudio de LQC ha llevado a muchos éxitos, incluido el surgimiento de un posible mecanismo para la inflación cósmica , la resolución de singularidades gravitacionales , así como el desarrollo de hamiltonianos semiclásicos efectivos .
Este subcampo se originó en 1999 por Martin Bojowald y fue desarrollado en particular por Abhay Ashtekar y Jerzy Lewandowski , así como por Tomasz Pawłowski y Parampreet Singh, et al. A finales de 2012, LQC representaba un campo muy activo en física , con alrededor de trescientos artículos sobre el tema publicados en la literatura. También ha habido recientemente trabajos de Carlo Rovelli , et al. sobre la relación de LQC con la cosmología de la espuma de espín .
Sin embargo, los resultados obtenidos en LQC están sujetos a la restricción habitual de que una teoría clásica truncada, luego cuantificada, podría no mostrar el verdadero comportamiento de la teoría completa debido a la supresión artificial de grados de libertad que podrían tener grandes fluctuaciones cuánticas en la teoría completa. . Se ha argumentado que la evitación de la singularidad en LQC se realiza mediante mecanismos que solo están disponibles en estos modelos restrictivos y que la evitación de la singularidad en la teoría completa aún se puede obtener, pero mediante una característica más sutil de LQG. [8] [9]
Debido a la geometría cuántica, el Big Bang es reemplazado por un gran rebote sin ninguna suposición sobre el contenido de la materia ni ningún ajuste fino. Una característica importante de la cosmología cuántica de bucles es la descripción eficaz espacio-temporal de la evolución cuántica subyacente. [10] El enfoque de la dinámica efectiva se ha utilizado ampliamente en la cosmología cuántica de bucles para describir la física en la escala de Planck y el universo primitivo. Simulaciones numéricas rigurosas han confirmado la validez de la dinámica efectiva, que proporciona una excelente aproximación a la dinámica cuántica de bucle completo. [10] Se ha demostrado que sólo cuando los estados tienen fluctuaciones cuánticas muy grandes en momentos tardíos, lo que significa que no conducen a universos macroscópicos como los descritos por la relatividad general, la dinámica efectiva tiene desviaciones de la dinámica cuántica cerca del rebote y la evolución posterior. En tal caso, la dinámica efectiva sobreestima la densidad en el rebote, pero aun así capta muy bien los aspectos cualitativos. [10]
Si la geometría espacio-temporal subyacente con materia tiene una invariancia de escala , que se ha propuesto para resolver el problema del tiempo , la ambigüedad de Immirzi [11] y el problema de jerarquía de los acoplamientos fundamentales, [12] entonces la geometría cuántica de bucle resultante no tiene espacios o espacios discretos definitivos. un tamaño mínimo. [13] [14] En consecuencia, en LQC invariante de escala, se muestra que el Big Bang no es reemplazado por un rebote cuántico. [13]