Quantum gravity or the problematic quantization of general relativity: a philosophical analysis

Abstract

En la literatura recent de física i filosofia s'ha discutit que l'espai-temps pot emergir d'alguna cosa més fonamental, tal com certes teories de gravetat quàntica suggereixen. En aquesta tesi analitzo algunes d'aquestes teories i argumento en contra de l'afirmació que descriuen una realitat fonamentalment no espaciotemporal. En canvi, argumento que aquestes teories pateixen una sèrie de dificultats conceptuals i tècniques que posen en perill tant la seva justificació com la seva interpretació. Aquestes dificultats tenen la seva causa en l'estructura espaciotemporal dinàmica de la relativitat general, que xoca amb l'estructura temporal fixa de la mecànica quàntica quan s'intenta quantitzar la teoria. Aquest problema es coneix des de fa temps per a les teories canòniques de la gravetat quàntica, on es coneix com el problema del temps, però aquí argumento que també afecta les teories covariants i que cap de les resolucions proposades és del tot satisfactòria. En particular, en aquesta tesi estudio teories com la geometrodinàmica quàntica, la gravetat quàntica de bucles (LQG), la cosmologia quàntica de bucles (LQC), els models d'escuma d'espín (spinfoam models) i GFT (teories quàntiques de camps definides per a grups) i argumento que tots estan afectats per una forma o altra del problema del temps. En aquest sentit, argumento que es poden tenir reserves sobre aquests enfocaments i la manera com s'han utilitzat per defensar un nivell fonamental de la realitat que no sigui espaciotemporal.

En la literatura reciente de física y filosofía se ha discutido que el espacio-tiempo puede emerger de algo más fundamental, como sugieren distintas teorías de gravedad cuántica. En esta tesis analizo algunas de estas teorías y argumento en contra de la afirmación de que describen una realidad fundamentalmente no espacio-temporal. En cambio, argumento que estos enfoques sufren de una serie de dificultades conceptuales y técnicas que ponen en peligro tanto su justificación como su interpretación. Estas dificultades tienen su raíz en la estructura espacio-temporal dinámica de la relatividad general, que choca con la estructura temporal fija de la mecánica cuántica cuando se intenta cuantificar la teoría. Este problema se conoce desde hace algún tiempo para las teorías canónicas de la gravedad cuántica, donde se conoce como el problema del tiempo, pero aquí sostengo que también afecta a las teorías covariantes y que ninguna de las resoluciones propuestas es completamente satisfactoria. En particular, en esta tesis estudio teorías como la geometrodinámica cuántica, la gravedad cuántica de bucles (LQG), la cosmología cuántica de bucles (LQC), los modelos de espuma de espín (spinfoam models) y GFT (teorías cuánticas de campos definidas para grupos) y sostengo que todos ellos se ven afectados por una forma u otra del problema del tiempo. En este sentido, sostengo que uno puede tener reservas sobre estos enfoques y la forma en que se han utilizado para argumentar a favor de un nivel fundamental de la realidad que no sea espacio-temporal.

In the recent physics and philosophy literature it has been discussed that spacetime may be emergent from something more fundamental, as motivated by different approaches to quantum gravity. In this thesis I analyze some of these approaches and I argue against the claim that they describe a fundamentally non-spatiotemporal reality. Instead, I argue that these approaches suffer from a series of conceptual and technical difficulties which jeopardize both their justification and their interpretation. These difficulties have their root in the dynamical spatiotemporal structure of general relativity, which clashes with the fixed temporal structure of quantum mechanics when one tries to quantize the theory. This issue has been known for some time for canonical approaches to quantum gravity, where it is known as the problem of time, but here I argue that it also affects covariant approaches and that none of the proposed resolutions is fully satisfactory. In particular, in this thesis I study approaches like quantum geometrodynamics, loop quantum gravity, loop quantum cosmology, spin foam models, and group field theory and argue that they are all affected by some form or another of the problem of time. In this sense, I argue that one can have reservations about these approaches and the way they have been used to argue for a fundamental non-spatiotemporal level of reality.