Un universo holográfico. La cuadratura del círculo.

universo

Nos encontramos en un momento incierto dentro del mundo de la Física. En los primeros siglos, el objetivo claro del estudio de la Naturaleza era comprenderla. Luego, con la implantación del método científico y otros estándares, nos centramos en ser capaces de definirla, replicarla y modificarla. Todo encajaba a la perfección, por que podíamos ver a nuestro alrededor lo que las ecuaciones nos decían. Pero esta ilusión de perfección se rompió cuando empezamos a mirar a las estrellas y descubrimos que las Leyes de la Física en el espacio eran vapuleadas por miles de efectos distorsionantes.

El estupor creció cuando abrimos la puerta de Universo Cuántico. Y nos volvimos locos al darnos cuenta de que lo que veíamos en las estrellas, en nuestro alrededor, y al mirar las primeras partículas subatómicas, no encajaba en una misma teoría.

Ya comentamos que los científicos del siglo pasado, con Einstein a la cabeza, lucharon una cruzada para unificar las Teorías Físicas en una única Teoría del Todo. Pero se chocaron una y otra vez con la gravedad. Por lo que estos intentos de unificación se enfriaron lentamente mientras otras maravillas de atraían la atención.

Ruptura teórico-experimental:

En la actualidad los Físicos han admitido que hay mucho que desconocemos en cuanto a la descripción del Universo. Por eso muchos centran sus esfuerzos en avanzar en las diferentes partes del puzzle, mientras otros intentan encajarlas. La Física experimental y la Física teórica parecen estar cada vez más alejadas. En la actualidad hay varias teorías encaminadas a la unificación de fuerzas, al mundo cuántico o a la descripción de las partículas que son inalcanzables para nuestra capacidad experimental. Pero sin una demostración práctica de la teoría, no es posible su aceptación integra por el método científico.

EHT Agujero negro
EHT Imagen del agujero negro M87*

En los últimos tiempos el interés de los científicos se ha visto por tanto desperdigado en diversos temas. Teorías, experimentos, cuántica, partículas y por supuesto los que siguen porfiando por la unificación y el conocimiento de las Leyes Físicas. Estos últimos encontraron el mejor laboratorio de pruebas en los lejanos y temibles agujeros negros. Desde que Hawking, Thorne o Bekenstein rompieran la forma de acercarnos matemáticamente a un agujero negro, se han realizado múltiples teorías para explicar cada aspecto de estas gigantes singularidades (Radiación Hawking, Frontera de Bekenstein, etc.). Pero el mayor misterio que encierran sea quizás el de la conexión entre la Física Cuántica y la Gravitacional.

Varios intentos de conciliación se han desarrollado pero ninguno termina de encajar. Uno de los más prometedores parece ser una implicación de la Teoría de Cuerdas que propusieron Gerardus ‘t Hooft y Leonard Susskind y que está siendo explorada entre otros por el argentino Juan Maldacena. Esta es la teoría de un Universo holográfico.

Esta hipótesis que emerge de la Teoría de Cuerdas pretende «igualar matemáticamente» un espacio tridimensional con partículas a una superficie sin ellas. Unificar gravedad y cuántica al estilo Guerra de las Galaxias.

La suposición de partida para el Universo holográfico es la siguiente:

Partiendo de que un agujero negro es el colapso energético de la masa encerrada en una región del espacio. Con entropía definida y proporcional a la masa. Y que el horizonte de sucesos es la superficie que encierra dicha región. Podemos conjeturar que el máximo de la entropía está acotado por dicha superficie. Y por lo tanto, que para describir una región del espacio nos es suficiente con conocer la información de la superficie a altas energías. Y el resto del volumen es una ilusión.

La idea es bastante antiintuitiva. Ya que describir una masa mediante una superficie sin esta en vez de mediante un volumen puede parecer la cuadratura del círculo. El problema se resolvería a bajas energías, en las que las partículas se «separarían» de la superficie formando una imagen tridimensional u holograma. Por eso se ha descrito esta suposición como universo holográfico.

Correspondencia AdS/CFT:

Juan Maldacena usa este principio como partida de su famosa conjetura entre una teoría con interacciones gravitacionales con una teoría sin gravedad. Ya que las relaciona mediante el principio holográfico en un número menor de dimensiones descriptivas.

La correlación que plantea es entre los espacios anti-de Sitter (AdS) de las teorías de la gravedad cuántica (teoría de cuerdas o la teoría M) y los campos conformes (CFT) de la teoría de campos cuánticos (similares a las teorías de Yang-Mills para partículas elementales).

Esta correlación defiende que la gravedad emerge de la teoría de campos, superficial sin partículas, como una cota de bajas energías cuando aparece el volumen.

Esta relación también se denomina como conjetura gauje/gravedad.

De teoría a …

En marzo de 2022, un grupo conjunto de investigadores de la Universidad de Chalmers (Suecia) y del MIT publicaron en la revista Nature un artículo en el que profundizan matemáticamente sobre esta posible relación y el universo holográfico.

Este grupo de científicos defiende que debe de existir una cota para el límite de la teoría CFT. Y que en dicho límite emerge la supergravedad descrita por AdS. Como marco para sus cálculos y teoremas utilizan la métrica Sasaki-Einstein. Por lo que aplican una descripción de la gravedad en compacta en cinco dimensiones representado como un cono (holoforme) con una única singularidad o punta. En dicha representación, la supergravedad emergería de base del cono.

Las matemáticas y la abstracción espacial necesarias para describir este tipo de correspondencias es muy compleja. Por eso la validación experimental de esta u otras teorías va a tener que esperar mucho tiempo. Mientras tanto solo podemos esperar que otras demostraciones o conjeturas matemáticas abran nuevas posibilidades y descarten otras opciones. Pero por el momento parece que este Universo holográfico podría ser una descripción acertada.

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