Describir el universo requiere menos dimensiones de lo que podríamos pensar. Nuevos cálculos muestran que esto no puede ser sólo un truco matemático, sino un rasgo fundamental del espacio mismo.
A primera vista, no hay la menor duda: para nosotros, el universo parece tridimensional. Pero una de las más fecundas teorías de la física teórica en las dos últimas décadas desafía esta asunción. 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. Resultados obtenidos por científicos de la Universidad de Tecnología de Viena sugieren ahora que el principio holográfico incluso se sostiene en un espacio-tiempo plano.
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El principio holográfico sugiere que, al igual que el chip de seguridad de una tarjeta de crédito, existe una superficie bidimensional que no podemos ver. Esta superficie contiene toda la información necesaria para describir un objeto tridimensional —que en este caso sería nuestro universo—. En resumen, y como simple ejemplo, la descripción 3D del dispositivo en el que estás leyendo esta noticia podría estar oculta en una región plana que constituiría la versión «real» del universo.
«En 1997, el físico argentino Juan Maldacena propuso la idea de que existe una correspondencia entre las teorías gravitacionales en espacios curvos anti-de Sitter por un lado y teorías de campo cuántico en espacios con una dimensión menos por otro lado», dice Daniel Grumiller, de la Universidad Tecnologíca de Viena. Los 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 pueden asignar unos sobre otros. 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.
Para la física teórica, esto es muy importante, pero no parece tener mucho que ver con nuestro propio universo. Al parecer, no vivimos en un espacio anti-de Sitter. Estos espacios tienen propiedades muy peculiares. Son negativamente curvados, cualquier objeto tirado en una línea recta eventualmente vuelve. «Nuestro universo, por el contrario, es bastante plano, y en distancias astronómicas, tiene curvatura positiva», dice Daniel Grumiller. Sin embargo, se ha sospechado durante mucho tiempo que un principio de correspondencia también podría ser cierto para nuestro universo real. Para probar esta hipótesis, tienen que construirse teorías gravitacionales que no requieren espacios exóticos anti-de Sitter, sino un espacio plano. Durante tres años, los científicos han estado trabajando en eso y ahora han publicado sus resultados en un artículo en la revista Physical Review Letters, confirmando la validez del principio de correspondencia en un universo plano.
«Si la gravedad cuántica en un espacio plano permite una descripción holográfica de una teoría cuántica estándar, entonces debe ser por cantidades físicas, que pueden ser calculadas en ambas teorías, y los resultados deben estar de acuerdo», explica Grumiller. «Especialmente una característica clave de la mecánica cuántica —el entrelazamiento cuántico— tiene que aparecer en la teoría gravitacional». Cuando se enredan las partículas cuánticas, no pueden ser descritas individualmente. Forman un único objeto cuántico, incluso si se encuentran muy separadas. Para medir el nivel de este enredo existe algo llamado «entropía de entrelazamiento».
Junto con otros científicos, Daniel Grumiller logró demostrar que esta entropía del entrelazamiento tiene el mismo valor en la gravedad cuántica plana y en una teoría cuántica de campos de baja dimensión. «Este cálculo confirma nuestra suposición de que el principio holográfico también se puede realizar en espacios planos. Es evidencia de la validez de esta correspondencia en nuestro universo», dice Max Riegler, de la Tecnológica de Viena.
«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 habría sido imaginable sólo unos pocos años atrás. Que ahora seamos capaces de utilizar esto como una herramienta para probar la validez del principio holográfico, y que esta prueba salga bien, es bastante notable», concluye 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.
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