Es el universo un holograma?

A primera vista, no hay la menor duda: para nosotros, el universo parece tridimensional. Pero una de las más fructíferas teorías de la física teórica en las últimas dos décadas ha sido un reto por este supuesto. El “principio holográfico” afirma que una descripción matemática del universo en realidad requiere una dimensión menos de lo que parece. Lo que percibimos como tridimensional sólo puede ser la imagen de dos procesos dimensionales en un enorme horizonte cósmico.

Hasta ahora, este principio sólo se ha estudiado en espacios exóticos con curvatura negativa. Esto es interesante desde un punto de vista teórico, pero este tipo de espacios son muy diferentes desde el espacio en nuestro propio universo. Los resultados obtenidos por científicos de la TU Wien (Viena) sugieren ahora que el principio holográfico, incluso se sostiene en un espacio-tiempo plano.

El Principio Holográfico

Todo el mundo sabe los hologramas de las tarjetas de crédito o billetes. Son dos dimensiones, pero para nosotros aparecen en tres dimensiones. Nuestro universo podría comportarse de manera muy parecida: “En 1997, el físico Juan Maldacena propuso la idea de que existe una correspondencia entre las teorías gravitacionales en espacios anti-de-sitter curvas, por un lado y las teorías cuánticas de campos en espacios con una dimensión menos en la otra “, dice Daniel Grumiller (TU Wien).

Fenómenos gravitacionales se describen en una teoría con tres dimensiones espaciales, el comportamiento de las partículas cuánticas se calcula en una teoría con sólo dos dimensiones espaciales y los resultados de ambos cálculos se puede corresponder con la otra. Tal correspondencia es bastante sorprendente. Es como descubrir que las ecuaciones de un libro de texto de astronomía también se pueden usar para reparar un CD. Pero este método ha demostrado ser muy exitoso. Más de diez mil artículos científicos sobre “AdS-CFT-correspondencia” de Maldacena se han publicado hasta la fecha.

Correspondencia Incluso en espacios planos

Para la física teórica, esto es muy importante, pero no parecen tener mucho que ver con nuestro propio universo. Al parecer, no vivimos en un anti-de Sitter-espacio. Estos espacios tienen propiedades muy peculiares. Son negativamente curvadas, cualquier objeto tirado en una línea recta con el tiempo puede volver. “Nuestro universo, por el contrario, es bastante plano – y en las distancias astronómicas, tiene curvatura positiva”, dice Daniel Grumiller.

Sin embargo, Grumiller ha sospechado durante mucho tiempo que un principio de correspondencia también podría ser cierto para nuestro universo real. Para probar esta hipótesis, teorías gravitacionales tienen que ser construidas, que no requieren exóticos espacios anti-de-sitter, pero viven en un espacio plano. Durante tres años, él y su equipo en la TU Wien (Viena) han estado trabajando en eso, en cooperación con la Universidad de Edimburgo, de Harvard, IISER Pune, el MIT y la Universidad de Kyoto. Ahora Grumiller y sus colegas de la India y Japón han publicado un artículo, lo que confirma la validez del principio de correspondencia en un universo plano.

Calculado dos veces, da un mismo resultado

“Si la gravedad cuántica en un espacio plano permite una descripción holográfica por una teoría cuántica estándar, entonces debe haber cantidades físicas, que pueden ser calculadas en ambas teorías, y los resultados deben estar de acuerdo”, dice Grumiller. Especialmente una característica clave de la mecánica cuántica -quantum enredo – tiene que aparecer en la teoría gravitacional.

Cuando se enredan las partículas cuánticas, que no pueden ser descritos individualmente. Ellas forman un único objeto cuántico, incluso si se encuentran muy separados. No es una medida de la cantidad de enredo en un sistema cuántico, llamado “entropía de entrelazamiento.” Junto con Arjun Bagchi, Rudranil Basu y Max Riegler, Daniel Grumiller lograron demostrar que esta entropía del entrelazamiento toma el mismo valor en la gravedad cuántica plana y en una teoría cuántica de campos de baja dimensión.

“Este cálculo afirma nuestra suposición de que el principio holográfico también puede realizarse en espacios planos. Es evidencia de la validez de esta correspondencia en nuestro universo”, dice Max Riegler (TU Wien). “El hecho de que incluso se puede hablar de la información cuántica y la entropía del entrelazamiento en una teoría de la gravedad es sorprendente en sí mismo, y difícilmente hubiera sido imaginable sólo unos pocos años atrás. Que ahora somos capaces de utilizar esto como una herramienta para probar la validez del principio holográfico, y que esta prueba sale bien, es bastante notable “, dice Daniel Grumiller.

Esto, sin embargo, todavía no prueba que realmente estamos viviendo en un holograma – pero al parecer hay una creciente evidencia de la validez del principio de correspondencia en nuestro propio universo.