Fuente: TU Wien.
Vivimos en un universo tridimensional, al menos eso es lo que nos dicen los sentidos. Sin embargo, la física teórica desafía a menudo nuestras percepciones a la hora de explicar la realidad. Véase, por ejemplo, el concepto de “no localidad”, que consiste en la posibilidad de que una partícula subatómica actúe de manera simultánea y a distancia sobre otra partícula (anteriormente entrelazada con la primera).
Que el mapa no es el territorio ya lo sabemos, así que no hace falta creer (o no creer) todo lo que la física teórica nos cuenta, infiere o deduce. Pero también sabemos que nos encanta que nos cuenten historias, sobre todo aquellas que dan sentidos fascinantes al mundo.
Una de los relatos físicos más interesantes de las últimas dos décadas es el del “principio holográfico”. Este nos dice que, aunque nos parezca que vivimos en un cosmos de tres dimensiones, esto puede que no sea cierto; que quizá vivamos en un universo bidimensional que “funciona” como un holograma, proyectando ante nuestros ojos una imagen 3D.
El efecto sería como el de algunas tarjetas de crédito y billetes, impresos en películas de plástico bidimensionales. Cuando la luz rebota en ellos, recrea la apariencia de una imagen tridimensional. En la década de 1990, fueron el físico Leonard Susskind y el premio Nobel Gerard ‘t Hooft los que sugirieron que este mismo principio podría aplicarse a todo el cosmos.
Nueva búsqueda
Hasta ahora, el “principio holográfico” sólo se había estudiado en espacios exóticos con curvatura negativa (como los llamados espacios anti de Sitter); muy diferentes al espacio real de nuestro propio universo.
Sin embargo, hace unos años, el científico Daniel Grumiller, de la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien), se preguntó si podría darse ese mismo principio en un espacio con menos dimensiones. Lo hizo porque "nuestro universo es bastante plano y, en distancias astronómicas, tiene curvatura positiva", explica Grumiller en un comunicado de la TU Wien.
Así que se puso manos a la obra, y pasó tres años estudiando el tema. Su punto de partida fue la que ha sido considerada “la realización con más éxito comprobada del principio holográfico”: la correspondencia AdS/CFT, propuesta en 1997 por el físico Juan Maldacena (ver cuadro).
Esta correspondencia básicamente consiste en que, aunque los fenómenos gravitacionales se describen en una teoría con tres dimensiones espaciales y el comportamiento de las partículas cuánticas se calcula en una teoría con sólo dos dimensiones espaciales, los resultados de ambos cálculos se pueden asignar unos a otros.
Que el mapa no es el territorio ya lo sabemos, así que no hace falta creer (o no creer) todo lo que la física teórica nos cuenta, infiere o deduce. Pero también sabemos que nos encanta que nos cuenten historias, sobre todo aquellas que dan sentidos fascinantes al mundo.
Una de los relatos físicos más interesantes de las últimas dos décadas es el del “principio holográfico”. Este nos dice que, aunque nos parezca que vivimos en un cosmos de tres dimensiones, esto puede que no sea cierto; que quizá vivamos en un universo bidimensional que “funciona” como un holograma, proyectando ante nuestros ojos una imagen 3D.
El efecto sería como el de algunas tarjetas de crédito y billetes, impresos en películas de plástico bidimensionales. Cuando la luz rebota en ellos, recrea la apariencia de una imagen tridimensional. En la década de 1990, fueron el físico Leonard Susskind y el premio Nobel Gerard ‘t Hooft los que sugirieron que este mismo principio podría aplicarse a todo el cosmos.
Nueva búsqueda
Hasta ahora, el “principio holográfico” sólo se había estudiado en espacios exóticos con curvatura negativa (como los llamados espacios anti de Sitter); muy diferentes al espacio real de nuestro propio universo.
Sin embargo, hace unos años, el científico Daniel Grumiller, de la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien), se preguntó si podría darse ese mismo principio en un espacio con menos dimensiones. Lo hizo porque "nuestro universo es bastante plano y, en distancias astronómicas, tiene curvatura positiva", explica Grumiller en un comunicado de la TU Wien.
Así que se puso manos a la obra, y pasó tres años estudiando el tema. Su punto de partida fue la que ha sido considerada “la realización con más éxito comprobada del principio holográfico”: la correspondencia AdS/CFT, propuesta en 1997 por el físico Juan Maldacena (ver cuadro).
Esta correspondencia básicamente consiste en que, aunque los fenómenos gravitacionales se describen en una teoría con tres dimensiones espaciales y el comportamiento de las partículas cuánticas se calcula en una teoría con sólo dos dimensiones espaciales, los resultados de ambos cálculos se pueden asignar unos a otros.
La validez de una correspondencia
Si la correspondencia AdS/CFT –supuesta “prueba” del principio holográfico- funcionase en un espacio más plano y más similar al nuestro, teorizó Grumiller, eso señalaría que dicho principio sería válido no solo para espacios tridimensionales, sino también en otros más planos (con una dimensión menos). De ser así, por tanto, el universo en realidad podría ser plano y lo que vemos, una proyección holográfica.
Para probar su hipótesis, Grumiller y su equipo (de la TU Wien, de la Universidad de Edimburgo, de la Universidad de Harvard, del IISER Pune de India, del MIT y de la Universidad de Kyoto) elaboraron teorías gravitacionales que no requerían de exóticos espacios, como los espacios anti de Sitter, sino de un espacio plano. Descubrieron que la correspondencia AdS/CFT se daba también en este caso.
Por ejemplo, constataron lo siguiente. Cuando las partículas cuánticas están entrelazadas, no pueden ser descritas individualmente. Forman un solo objeto cuántico, incluso aunque se encuentren separadas por grandes distancias. Existe una medida para la cantidad de entrelazamiento de un sistema cuántico llamada “entropía de entrelazamiento”. Grumiller y su equipo constataron que esta entropía cobraba el mismo valor tanto en la gravedad cuántica plana como en una teoría cuántica de campos de baja dimensión.
Los científicos se muestran entusiasmados. “Estos cálculos afirman nuestra suposición de que el principio holográfico también puede darse en espacios planos. Es prueba de la validez de esta correspondencia en nuestro universo ", afirma Max Riegler (TU Wien), otro de los autores del estudio.
"El hecho de que incluso podamos hablar de información cuántica y entropía de entrelazamiento en una teoría de la gravedad es sorprendente en sí mismo, y difícilmente habría sido imaginable hace sólo unos pocos años. Que ahora seamos capaces de utilizar esto como herramienta de prueba de la validez del principio holográfico, y que esta prueba salga bien, es bastante notable", añade por su parte Grumiller.
Evidencias previas
En 2009, el detector de ondas gravitacionales GEO 600, de Hanóver, en Alemania, registró un extraño ruido de fondo en el cosmos que, según científicos del Fermilab de Estados Unidos, provenía de los confines del universo, del rincón en que éste pasa de ser un suave continuo espacio-temporal, a ser un borde granulado.
El registro fue señalado entonces como una posible prueba empírica de que vivimos en un universo holográfico pero, poco después, se anunció que solo había sido un error del sistema. Por otro lado, en 2013, investigadores de la Universidad de Ibaraki publicaron una serie de cálculos computacionales que parecían dar la razón a la teoría de Maldacena.
Lo cierto es que aún no existe una prueba definitiva -ni Grumiller ni el resto han demostrado que vivamos en un holograma- y, de hecho, muchos físicos consideran que la descripción holográfica del universo no es más que una explicación, sin base real alguna. A pesar de todo, esta historia cada vez nos gusta más.
Si la correspondencia AdS/CFT –supuesta “prueba” del principio holográfico- funcionase en un espacio más plano y más similar al nuestro, teorizó Grumiller, eso señalaría que dicho principio sería válido no solo para espacios tridimensionales, sino también en otros más planos (con una dimensión menos). De ser así, por tanto, el universo en realidad podría ser plano y lo que vemos, una proyección holográfica.
Para probar su hipótesis, Grumiller y su equipo (de la TU Wien, de la Universidad de Edimburgo, de la Universidad de Harvard, del IISER Pune de India, del MIT y de la Universidad de Kyoto) elaboraron teorías gravitacionales que no requerían de exóticos espacios, como los espacios anti de Sitter, sino de un espacio plano. Descubrieron que la correspondencia AdS/CFT se daba también en este caso.
Por ejemplo, constataron lo siguiente. Cuando las partículas cuánticas están entrelazadas, no pueden ser descritas individualmente. Forman un solo objeto cuántico, incluso aunque se encuentren separadas por grandes distancias. Existe una medida para la cantidad de entrelazamiento de un sistema cuántico llamada “entropía de entrelazamiento”. Grumiller y su equipo constataron que esta entropía cobraba el mismo valor tanto en la gravedad cuántica plana como en una teoría cuántica de campos de baja dimensión.
Los científicos se muestran entusiasmados. “Estos cálculos afirman nuestra suposición de que el principio holográfico también puede darse en espacios planos. Es prueba de la validez de esta correspondencia en nuestro universo ", afirma Max Riegler (TU Wien), otro de los autores del estudio.
"El hecho de que incluso podamos hablar de información cuántica y entropía de entrelazamiento en una teoría de la gravedad es sorprendente en sí mismo, y difícilmente habría sido imaginable hace sólo unos pocos años. Que ahora seamos capaces de utilizar esto como herramienta de prueba de la validez del principio holográfico, y que esta prueba salga bien, es bastante notable", añade por su parte Grumiller.
Evidencias previas
En 2009, el detector de ondas gravitacionales GEO 600, de Hanóver, en Alemania, registró un extraño ruido de fondo en el cosmos que, según científicos del Fermilab de Estados Unidos, provenía de los confines del universo, del rincón en que éste pasa de ser un suave continuo espacio-temporal, a ser un borde granulado.
El registro fue señalado entonces como una posible prueba empírica de que vivimos en un universo holográfico pero, poco después, se anunció que solo había sido un error del sistema. Por otro lado, en 2013, investigadores de la Universidad de Ibaraki publicaron una serie de cálculos computacionales que parecían dar la razón a la teoría de Maldacena.
Lo cierto es que aún no existe una prueba definitiva -ni Grumiller ni el resto han demostrado que vivamos en un holograma- y, de hecho, muchos físicos consideran que la descripción holográfica del universo no es más que una explicación, sin base real alguna. A pesar de todo, esta historia cada vez nos gusta más.
Teoría de Cuerdas. Imagen: Hannah Michael Gale Shapero.
El origen de la idea del cosmos holográfico
En el año 1997, el físico teórico argentino Juan Maldacena propuso que un modelo del Universo en el que la gravedad surgiese de cuerdas vibrantes infinitamente finas podía ser reinterpretado en el marco de la física establecida.
Ese matemáticamente intrincado mundo de cuerdas, existentes en nueve dimensiones espaciales y en una dimensión temporal, sería sólo un holograma proyectado desde un lugar en el que realmente ocurrirían todas las cosas: un cosmos más plano en el que la gravedad no existe.
La idea de Maldacena emocionó a los físicos desde el principio, porque ofrece una base sólida a la popular aunque aún no probada teoría de cuerdas, que básicamente asume que las partículas materiales en apariencia puntuales en realidad son "estados vibracionales" de un objeto extendido más básico, llamado "cuerda" o "filamento".
También porque resuelve inconsistencias aparentes entre la física cuántica y la teoría de la gravedad de Einstein. Pero, a pesar del valor dado al modelo holográfico del cosmos, hasta el momento no se ha encontrado una prueba rigurosa de su veracidad.
En el año 1997, el físico teórico argentino Juan Maldacena propuso que un modelo del Universo en el que la gravedad surgiese de cuerdas vibrantes infinitamente finas podía ser reinterpretado en el marco de la física establecida.
Ese matemáticamente intrincado mundo de cuerdas, existentes en nueve dimensiones espaciales y en una dimensión temporal, sería sólo un holograma proyectado desde un lugar en el que realmente ocurrirían todas las cosas: un cosmos más plano en el que la gravedad no existe.
La idea de Maldacena emocionó a los físicos desde el principio, porque ofrece una base sólida a la popular aunque aún no probada teoría de cuerdas, que básicamente asume que las partículas materiales en apariencia puntuales en realidad son "estados vibracionales" de un objeto extendido más básico, llamado "cuerda" o "filamento".
También porque resuelve inconsistencias aparentes entre la física cuántica y la teoría de la gravedad de Einstein. Pero, a pesar del valor dado al modelo holográfico del cosmos, hasta el momento no se ha encontrado una prueba rigurosa de su veracidad.
Referencia bibliográfica:
Arjun Bagchi, Rudranil Basu, Daniel Grumiller, Max Riegler. Entanglement Entropy in Galilean Conformal Field Theories and Flat Holography. Physical Review Letters (2015). DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.111602.
Arjun Bagchi, Rudranil Basu, Daniel Grumiller, Max Riegler. Entanglement Entropy in Galilean Conformal Field Theories and Flat Holography. Physical Review Letters (2015). DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.111602.