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por Redacción CODIGO
OCULTO
31 Diciembre
2023
del Sitio Web
CodigoOculto
© Imagen: NightCafe Creator
A medida que la física teórica profundiza en la naturaleza
fundamental de la realidad, nos queda lidiar con las preguntas que
nos deja.
Por ejemplo, algunos
físicos afirman que nuestro universo es simplemente una ilusión, un
producto de maquinaciones quánticas que ocurren en un entorno de
dimensiones inferiores; en otras palabras, un holograma.
Pero,
estas últimas ideas
teóricas, ¿ofrecen revelaciones sobre la realidad misma o
simplemente sirven como herramientas matemáticas para ayudarnos
a resolver problemas espinosos?
Cuando se trata de
las teorías físicas más innovadoras, ¿qué es producto de nuestra
imaginación y qué es producto del universo?
Los agujeros
negros pueden ser evidencia
Agujero negro.
Crédito
de imagen: depositphotos.com
El problema comenzó con esos molestos hombres del saco del cosmos,
los agujeros negros.
Superficialmente (y los
lectores cuidadosos se verán recompensados más adelante al darse
cuenta de que se trata de un juego de palabras), los agujeros negros
son simples:
las cosas caen y
nunca salen...
Toda la información sobre
esas cosas queda guardada detrás del horizonte de eventos y nunca
más se vuelve a ver.
Pero en la década de
1970, el famoso astrofísico
Stephen Hawking se dio cuenta
de que los agujeros negros no son completamente negros.
Son un poco grises
y con algunas fugas, y emiten una pequeña cantidad de
radiación, lo que hace que los agujeros negros se evaporen
lenta, pero inevitablemente, de la existencia por completo.
Sin embargo, esa
radiación no lleva información consigo, lo que plantea una
desagradable paradoja:
la información entra,
pero no sale, y luego el agujero negro desaparece.
Entonces, ¿qué pasó con
toda la información...?
Una pista importante llegó en las décadas que siguieron al
extraordinario descubrimiento de Hawking.
Una forma de medir la
cantidad de información es a través de la entropía, un concepto
termodinámico que está vagamente relacionado con la cantidad de
desorden en un sistema.
Los agujeros negros
tienen una propiedad sorprendente:
su entropía es
proporcional a su superficie, no a su volumen.
En otras palabras,
la cantidad de
información en un agujero negro está relacionada con su
superficie bidimensional, no con su volumen tridimensional.
Esto es muy diferente a
cualquier otro objeto en el universo entero y, naturalmente, muchos
físicos de repente se interesaron mucho en los agujeros negros, con
físicos de primer nivel como Leonard Susskind liderando la
carga hacia esta nueva tierra del principio holográfico.
El nombre proviene de la
propia holografía.
¿Alguna vez has visto
un holograma en la vida real y parece que la imagen te salta a
la vista?
Esto se debe a que el
holograma codifica toda la información tridimensional en una
superficie bidimensional.
Entonces, parece haber algo curioso en los agujeros negros, donde su
información parece estar codificada en sus superficies
bidimensionales.
Quizás lo mismo sea
cierto para todo el universo...
¿Un universo
bidimensional?
Esta idea no es tan descabellada como parece a primera vista, porque
en realidad podríamos tener un ejemplo práctico del principio
holográfico en acción.
Se le conoce con el
nombre bastante extraño de la
correspondencia AdS/CFT y fue
desarrollado en 1997 por el físico
Juan Maldacena.
Para entenderlo, construyamos un tipo especial de universo con
algunas propiedades extrañas.
Primero, este
universo tiene cinco dimensiones espaciales.
Segundo, está
completamente vacío de materia y radiación.
En tercer lugar,
contiene una fuerza cosmológica persistente que lo inclina hacia
adentro.
Este tipo de
espacio-tiempo se llama
espacio anti-de Sitter (de
cinco dimensiones).
Ahora, digamos que estás intentando resolver un problema muy
complicado dentro de ese universo, como cómo funciona la gravedad
quántica.
Hemos estado tratando de
resolver la gravedad quántica durante casi un siglo y, aunque
todavía no tenemos ninguna respuesta, sí tenemos un conjunto de
herramientas que esperamos que algún día nos lleven a una.
Ese conjunto de
herramientas se conoce como
teoría de cuerdas.
Maldacena descubrió que se puede transformar este problema (el
problema de cómo resolver la gravedad quántica en este extraño
universo) en un problema completamente diferente que vive en su
límite de cuatro dimensiones.
Después de realizar esa
transformación, toda la gravedad desaparece y es reemplazada por un
tipo especial de teoría quántica conocida como
teoría conforme de campos (que
es la parte CFT de la correspondencia).
A estas alturas, nos
hemos vuelto extremadamente expertos en la resolución de problemas
de la teoría quántica de campos, y tenemos una gran cantidad de
herramientas bien probadas para trabajar con ese tipo de
matemáticas.
Maldacena realizó el equivalente en física teórica a un truco
de magia:
fue capaz de tomar un
problema que no sabemos cómo resolver (gravedad quántica con
teoría de cuerdas) y transformarlo en uno que sí podemos
resolver (una teoría conforme de campos con campos quánticos)...
¿Es este el
origen del espacio-tiempo?
Y aquí es donde las cosas se vuelven realmente locas.
Algunos físicos han
desarrollado y ampliado esta idea desde una mera herramienta para
resolver problemas de gravedad que provocan dolores de cabeza hasta
explicar la gravedad misma.
Afirman haber descubierto
correspondencias en las que la naturaleza quántica de todos los
campos que viven en los límites de este espacio-tiempo hacen que
aparezca la relatividad general en su interior.
La relatividad general
es nuestra descripción de la fuerza de gravedad, donde vemos la
gravedad en términos de curvaturas y arrugas en el espacio y el
tiempo.
En otras palabras,
el principio
holográfico puede estar diciéndonos que las interacciones
quánticas que viven en los límites de nuestro universo
literalmente manifiestan el espacio-tiempo dentro de él.
Si esto es correcto,
entonces,
lo que percibimos
como un universo tridimensional, lleno de objetos interesantes y
divertidos que interactúan a través de la gravedad, es en
realidad una superficie bidimensional llena de exóticas
travesuras quánticas de las que emerge todo lo demás.
Ese es un gran 'si'...
A pesar de décadas de trabajo en este sentido, el principio
holográfico tiene algunas deficiencias.
Por un lado,
su favorito teórico, la correspondencia AdS/CFT, es en esta
etapa sólo una conjetura sobre lo que podría ser cierto en base
a ciertas relaciones matemáticas observadas.
En realidad, nadie ha
demostrado que la correspondencia sea cierta. Además, incluso si
lo hiciéramos, el universo descrito en la correspondencia no se
parece en nada al que vivimos.
Nuestro universo
tiene tres dimensiones espaciales, no cinco, y tiene una
dimensión temporal.
No está vacío, ni se
cierra sobre sí mismo, sino que está lleno de materia y
radiación, y actualmente se encuentra en una fase de expansión
acelerada.
Lo más crítico es que
nuestro universo no tiene una frontera bien definida, por lo que
toda la razón de ser del principio holográfico está
muerta en el agua.
En segundo lugar, la gran mayoría de las teorías
físicas que se aplican a problemas de la vida real en el
universo son enfáticamente no teorías de campo conformes, por lo
que la utilidad de la correspondencia AdS/CFT no está
garantizada (aunque se ha puesto en práctica en algunos casos
interesantes).
E incluso por más
intrigante que parezca la naturaleza de la información de los
agujeros negros, nadie ha podido utilizar con éxito el principio
holográfico para describir exactamente lo que les sucede a los
agujeros negros reales en el universo real.
Sin mencionar que
todo ese extraño asunto de la entropía acerca de los agujeros
negros no se aplica a otros objetos: si te introduzco
información, por ejemplo, la entropía aumenta proporcionalmente
a tu volumen.
Pero bueno, es un campo
joven...
A los físicos y químicos
les tomó más de un siglo decidir finalmente que los átomos
existían, por lo que es un poco injusto apresurarse a emitir
juicios sobre nuevas ideas sobre la realidad.
Pero,
¿y si sus sueños más
locos se hicieran realidad?
¿Qué pasaría si
encontráramos una conexión íntima entre la física de nuestro
universo tridimensional y la física en el límite...?
¿Universo holograma?
Crédito de imagen: depositphotos.com
Entonces, ¿es nuestro universo un holograma...? ¿O una ilusión
matemática...?
Las implicaciones de la
teoría holográfica son, en el mejor de los casos, turbias.
Algunos físicos ya han
llegado hasta el final, afirmando que
nuestra realidad es una ilusión,
que lo que percibimos como espacio, tiempo y gravedad son sólo
manifestaciones de una realidad más profunda que existe en menos
dimensiones:
que nuestro universo
es, literalmente,
un holograma...
Pero las soluciones
matemáticas a las teorías físicas no necesariamente dictan la
realidad.
Se podría argumentar con
la misma facilidad que, si el principio holográfico resulta útil,
entonces simplemente habremos descubierto una herramienta matemática
poderosa (e incluso vital) para comprender nuestro universo.
Pero eso no significa que
lo que nos dicen las matemáticas sea real.
Por ejemplo,
los físicos emplean
habitualmente una gran variedad de juegos matemáticos para
resolver problemas.
A veces los problemas
se sitúan en dimensiones superiores o inferiores.
A veces se
transforman en el reino de los números imaginarios.
A veces movemos
procesos hacia adelante y hacia atrás en el tiempo.
Reconocemos estas
herramientas por lo que son:
métodos para resolver
problemas desafiantes, no nuevas formulaciones de los
constituyentes fundamentales de la realidad...
Por otro lado, a veces
los trucos matemáticos se elevan y se incorporan a nuestra
comprensión del universo físico.
Tomemos como ejemplo la
relatividad general.
Antes del trabajo de
Einstein, concebimos la gravedad como una fuerza como
cualquier otra, un conjunto de hilos invisibles que conectan
cada objeto con masa.
Pero ahora vemos la
gravedad como deformaciones en el tejido del espacio-tiempo.
Consideramos que la
visión proporcionada por la relatividad general es más "real"
que las comprensiones anteriores a Einstein, en virtud de que
proporciona mayor precisión y comprensión de la fuerza
gravitacional.
Pero se podría decir con
la misma facilidad que todo es un invento matemático
desarrollado por nuestros insignificantes cerebros humanos para
ayudarnos a organizar y comprender el mundo, algo que en última
instancia es una ficción...
En realidad, el universo
simplemente hace lo que hace.
Si el principio holográfico realmente conduce a una concepción nueva
y revolucionaria de nuestro universo, en última instancia dependerá
de nosotros decidir si
nuestra 'realidad'
tal como la entendemos es una ilusión o si los físicos necesitan
volver a trabajar.
Fuente
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