El universo no es un holograma

En los últimos días han aparecido muchos sitios que se han hecho eco de la noticia de que los cientifícos han demostrado que:

NUESTRO UNIVERSO ES UN HOLOGRAMA

Pues bien, eso no es lo que han demostrado los físicos involucrados en el trabajo que ha levantado el revuelo.

Los trabajos en cuestión son:

Quantum Near Horizon Geometry of Black 0-Brane

Holographic description of quantum black hole on a computer

Los artículos son extremadamente técnicos. Tienen cientos de ecuaciones entre los dos (literalmente). Y hacen muchas cosas chulas excepto la de demostrar que nuestro universo es un holograma.

Pero, ¿qué tienen que ver los hologramas con el universo? ¿Por qué el revuelo mediático?

En esta entrada vamos a intentar responder estas preguntas y aclarar lo que han demostrado los físicos de los que tanto se habla.

Todo empieza con los agujeros negros

Los agujeros negros son objetos fantásticos, son simples y complejos al mismo tiempo. Un agujero negro se puede definir como:

1.- Es un sistema tragón. Si caes en él no podrás escapar si superas una determinada superficie denominada horizonte de sucesos.

2.- Les gusta la luz, de hecho también se la tragan, por lo que son oscuros y de ahí lo de “negros”.





Pero una de sus características más importantes es que tienen entropía. La entropía es una magnitud que nos da la siguiente información:

a) El objeto que vemos macroscópico que tiene entropía está constituido por partes más pequeñas. El número de configuraciones de esas partes pequeñas que dan lugar a la apariencia macroscópica que vemos es justamente la entropía.

b) Si un objeto tiene entropía obligatoriamente tiene que tener temperatura. De esta simple afirmación se llega a demostrar que los agujeros negros tienen que emitir radiación, es lo que se conoce como radiación Hawking.

Si nos imaginamos un gas, este tendrá una presión, un volumen, una temperatura. Esos parámetros se pueden medir macroscópicamente e identifican el estado del gas en cuestión. Pero ahora sabemos que los gases están compuestos por moléculas, así que la entropía del gas nos dice de cuantas formas puedo organizar las moléculas con sus velocidades y colisiones para que den lugar a la presión, el volumen y la temperatura que mido macroscópicamente.

Si nos imaginamos un gas, este tendrá una presión, un volumen, una temperatura. Esos parámetros se pueden medir macroscópicamente e identifican el estado del gas en cuestión. Pero ahora sabemos que los gases están compuestos por moléculas, así que la entropía del gas nos dice de cuantas formas puedo organizar las moléculas con sus velocidades y colisiones para que den lugar a la presión, el volumen y la temperatura que mido macroscópicamente.

En los sistemas usuales pasa que la entropía siempre es proporcional al volumen del sistema. Lo cual es lógico, ya que podemos organizar las moléculas en tres dimensiones del espacio que ocupa el sistema estudiado.

Sin embargo, los agujeros negros tienen una entropía que depende del área del horizonte.

Y aquí es donde llega el tema de la holografía.

¿Qué es la holografía?

La holografía es una técnica óptica que permite codificar en una película bidimensional una imagen tridimensional. Es decir, metemos información en tres dimensiones en un sistema de dos dimensiones. Esto se hace aprovechando las propiedades de las interferencias entre ondas de luz y dan lugar a fantásticas figuras

Lo importante es que un sistema de dos dimensiones y otro de tres dimensiones son análogos respecto de la información que contienen.

Pues bien, los físicos se sorprendieron de que la entropía del agujero negro dependiera del área del horizonte (2 dimensiones espaciales) y no se su volumen (3 dimensiones espaciales). Y llegaron a proponer que esto era por un principio holográfico, bajo el cual la información total del sistema “agujero negro” se codificaba en su horizonte.

Posteriormente, este principio se refinó y se puede parafrasear como:



Lo importante aquí es que tenemos dos teorías, A y B, que son diferentes, de hecho puede que no tengan las mismas leyes, ni los mismos campos físicos, definidas en un espacio de dimensión D y otro de una dimensión menor, D-1.

Si estas teorías están relacionadas, es decir, sabemos como traducir una en la otra, tenemos una DUALIDAD. Para estudiar un problema podemos usar la teoría A o la teoría B ya que podemos pasar de una a otra. La gracia de esto es que problemas que son muy difíciles en una teoría pueden ser fáciles en su teoría dual.

Estas dualidades han sido estudiadas con mucho detalle en teoría de cuerdas por lo siguiente:



Estas dualidades GRAVEDAD-(FÍSICA DE PARTÍCULAS NO GRAVITATORIAS = GAUGE) son un intento de llegar a una formulación consistente de la gravedad cuántica.

Esta teoría, que combinaría la cuántica con la física gravitatoria, aún no tiene una forma definitiva y libre de ambigüedades. Existen muchos intentos y parece que el principio holográfico, junto a otras dualidades, puede ser una herramienta útil para llegar a definir la gravedad cuántica.

Degraciadamente para todos los que trabajan en estos temas la dualidad GRAVEDAD-GAUGE, no ha podido ser demostrada como cierta desde el punto de vista matemático. Es decir, hay intuiciones muy potentes en algunas teorías de que la dualidad es cierta pero no hay ninguna prueba definitiva de ello.

Por si fuera poco, estas dualidades cuando se han podido realizar nunca se han verificado en un universo como el nuestro. Todas las pruebas se han realizado en universos con muchas mas dimensiones (grandes) que el nuestro y con geometrías que no corresponden a lo que sabemos que es nuestro universo. Por lo tanto, todo esto ha sido trabajado en “universos”, que no son el nuestro.

¿Qué han hecho los investigadores japoneses tan mediáticos?

Lo que han hecho es estudiar un tipo de agujeros negros que vienen descritos por una teoría de cuerdas y han calculado sus parámetros termodinámicos, esencialmente su entropía, usando una dualidad con una teoría de supergravedad (11-dimensiones). Además han modelizado este agujero negro en un ordenador y lo han dejado evolucionar.

Lo que han hecho es usar esta dualidad para llegar a las conclusiones siguientes:

a) El agujero negro tiene los parámetros esperados.

b) La evolución es consistente con la cuántica. Y esto parece que responde a la pregunta tan manida y tan manoseada, de la conservación de la información en la evolución de un agujero negro por evaporación Hawking.

Así pues, podemos concluir:

1.- El trabajo es una primer paso para demostrar la dualidad gravedad-gauge en términos generales, o al menos, en contrastarla computacionalmente. Esto está basado en el principio holográfico.

2.- El trabajo habla sobre configuraciones de agujeros negros y su geometría cerca del horizonte y no de un universo. Así que poco puede decir sobre si nuestro universo es un holograma o no lo es.

3.- El trabajo es muy importante por muchos motivos físicos y matemáticos ya que abre la puerta para comprobar el princpio holográfico y de dualidad en sistemas cada vez más complejos y cada vez más cercanos a nuestro universo. Pero lo que NO DICE EL TRABAJO ES QUE NUESTRO UNIVERSO SEA UN HOLOGRAMA.

;La materia fluyó de un lugar a otro y momentáneamente se transformó en lo que eres ahora.

Algunas personas encuentran este hecho perturbador..

Yo lo encuentro lo emocionante.