Entropía y gravedad cuántica

La física intenta desde hace más de un siglo unificar la relatividad general, en su referencia a la interacción de los objetos grandes, con la teoría cuántica de campos, que se refiere a las interacciones de las partículas. Ambas disciplinas funcionan en sus ámbitos respectivos, pero no sirven para el otro. Su unificación sería la teoría del campo unificado, y podría incluir a la gravedad, además de las otras tres fuerzas fundamentales: la nuclear fuerte, la nuclear débil y el electromagnetismo (que ya integra la electricidad y el magnetismo).

La teoría del campo unificado es una parte fundamental de la teoría del todo, que unificaría la física clásica con la cuántica, explicando de modo común el funcionamiento de la materia y la energía. Puesto que las interacciones de los objetos grandes se producen por la gravedad, y las de las partículas por el resto de fuerzas, el ámbito de la física que procura la unificación se denomina gravedad cuántica.

La matemática Ginestra Bianconi, de la Universidad Queen Mary de Londres, experta en sistemas complejos (cerebro, clima o inteligencia artificial) se ha sumado en 2025 a la larga lista de científicos que han sugerido soluciones para la unificación. La diferencia con anteriores intentos es que Bianconi aporta un elemento nuevo, muy interesante: la entropía.

Como resumo en mi libro Las partículas y el cosmos (2022), “La entropía es la tendencia natural a la pérdida del orden, y su medida indica el grado de desorden, distribución aleatoria o incertidumbre. En termodinámica, mide el grado de organización de un sistema, describiendo el carácter irreversible de su evolución en el tiempo. Es el caso de un objeto caliente que al entrar en contacto con otro frío le traspasa su energía hasta equilibrarla, sin posibilidad de volver al orden anterior. En un experimento físico, la entropía mide el desorden de las partículas al moverse”.

Lo que sugiere Bianconi es que la gravedad podría surgir de la entropía. La llamada “entropía relativa cuántica” sería la explicación de la acción de la gravedad. En la relatividad general, la gravedad es la curvatura del espacio-tiempo producida por los objetos: cuanto más masivo es el objeto, mas curvatura produce, atrayendo a los objetos menos masivos. Por otro lado, desde la física cuántica se considera que todo está formado por partículas, que a su vez también actúan como ondas (perturbaciones que transfieren energía).

Sin embargo, según la nueva teoría, “la gravedad se deriva de una acción entrópica que acopla los campos de materia con la geometría del espacio-tiempo”. Es decir, se describe la interacción entre la materia y la geometría del espacio-tiempo a través de principios de información cuántica.

Así, la entropía explicaría la gravedad como fenómeno cuántico, siendo la medida de su imprevisibilidad. Para ello necesitaríamos que la fuerza gravitatoria se concretase como onda (demostrado ya en 2016) y también como partícula (el gravitón, que lleva años teorizándose).

En el caso de que la gravedad se concretase en partículas con masa, eso además explicaría la materia oscura, que es la parte de materia sólo detectable por su acción gravitatoria en el cosmos. Pero además sería la responsable de la expansión del universo, atribuida a la energía oscura.

De las teorías que pretenden unificar la física, la que aporta Bianconi, derivada de la gravedad cuántica de bucles, es hasta ahora la más sencilla y elegante. La teoría de cuerdas requiere de más dimensiones, cuya existencia no demuestra, y la cosmología cíclica conforme introduce la eternidad repetitiva, un concepto cercano a las creencias religiosas.

Cuanto más se profundiza en la entropía, más implicaciones se derivan de ella. Como digo en mi libro, “la entropía se puede considerar la misma magnitud que la información, pero de signo contrario”. Y también: “La entropía se produce porque, entre todas las posibilidades de algo al moverse durante un tiempo en el espacio, la de que recupere su orden inicial sólo es una. La flecha del tiempo es causada por la entropía: su aumento constante es el reloj de la naturaleza”.

De hecho, un acercamiento teórico postulado en 2024 por un equipo de investigadores del Instituto Perimeter de Física Teórica en Waterloo, Canadá, afirma que la gravedad es la responsable de la flecha del tiempo, dando una pista clave para relacionar entropía y gravedad. La fuerza gravitatoria es la que causa la entropía de los eventos en el mundo macroscópico, y el tiempo no es más que la medida de la separación de los eventos.

Por todo ello considero que la vía más plausible para llegar a la teoría unificada es la introducción de la entropía en la gravedad cuántica, como propone Ginestra Bianconi, que además resuelve los enigmas de la materia y la energía oscuras. Ello me lleva a abandonar la teoría Tausiet, que propuse en 2020 y donde postulaba que la velocidad de la luz se supera a escalas subatómicas. No tuve en cuenta la entropía: todo es altamente imprevisible.

Fuentes:

https://www.esquire.com/es/ciencia/a64099694/teoria-gravedad-entropia-unificada/
https://www.muyinteresante.com/ciencia/hallazgo-fisica-teorica-gravedad-entropia.html
https://www.abc.es/ciencia/20141222/abci-esta-gravedad-detras-flecha-201412221209.html
http://tausiet.com/particulas