Los agujeros negros son la prueba de que vivimos en un universo holográfico

 

Los agujeros negros tienen una forma compleja. En su interior, la gravedad existe en tres dimensiones. Pero también están conectados a partículas externas y campos magnéticos que sólo existen en dos dimensiones. Entonces, ¿cómo puede un agujero negro existir en dos y tres dimensiones al mismo tiempo?

Los científicos dicen que hay un fenómeno matemático en juego, llamado "teoría de la dualidad holográfica". Juan Maldacena, físico teórico argentino, descubrió el concepto en 1997, que afirma que los sucesos dentro de un espacio con gravedad (como un agujero negro) son matemáticamente equivalentes a los sucesos sin gravedad en la superficie de ese espacio que implican partículas.

En otras palabras, la teoría de la dualidad holográfica podría contener el vínculo secreto entre la física de partículas -el estudio de las diminutas partículas que componen toda la materia- y la teoría de la relatividad general de Einstein, que afirma que la gravedad surge de la curvatura del espacio y el tiempo. En una nueva investigación, publicada el mes pasado en la revista PRX Quantum, científicos de la Universidad de Michigan buscan apoyo para esta teoría de dualidad holográfica en el interior de los agujeros negros. Para entenderlo, tenemos que revisar algunas matemáticas bastante sencillas y luego aplicar la ciencia.

Pensemos en el cálculo básico. Hay líneas, que se representan por x e y. Luego hay curvas, representadas por x² e y². Y si elevamos esas variables una potencia más, tenemos superficies y formas tridimensionales. La relación entre las dimensiones es clave para el cálculo, al igual que la relación de lo finito a lo infinito.

¿Qué relación tiene esto con los agujeros negros? Pues bien, una expresión de la teoría de cuerdas (un marco teórico de la física en el que las partículas puntuales se sustituyen por objetos unidimensionales denominados cuerdas) y la teoría cuántica pretende unificar los aspectos bidimensionales y tridimensionales del mundo real como forma de ayudar a calcular y comprender ciertos fenómenos complejos. Los resultados podrían casar el modelo estándar de la física de partículas y la teoría de la relatividad general, cerrando el círculo: es la dualidad holográfica.

La Universidad de Michigan lo explica en un comunicado de prensa:

Para visualizarlo, pensemos de nuevo en el agujero negro, que deforma el espacio-tiempo debido a su inmensa masa. La gravedad del agujero negro, que existe en tres dimensiones, se conecta matemáticamente con las partículas que bailan sobre él, en dos dimensiones. Por tanto, un agujero negro existe en un espacio tridimensional, pero lo vemos proyectado a través de partículas. Algunos científicos teorizan que todo nuestro universo es una proyección holográfica de partículas, y esto podría conducir a una teoría cuántica consistente de la gravedad.

En otras palabras, las ideas que no se coordinan bien cuando todo es tridimensional pueden funcionar mejor cuando cosas como los agujeros negros se calculan en cambio en dos dimensiones. Eso puede convertir un agujero negro tridimensional sin "partículas" estándar en una idea bidimensional que puede medirse utilizando partículas.

"En la teoría de la relatividad general de Einstein, no hay partículas, sólo hay espacio-tiempo. Y en el Modelo Estándar de la física de partículas, no hay gravedad, sólo hay partículas", dice en el comunicado el físico de la Universidad de Michigan Enrico Rinaldi. "Conectar las dos teorías diferentes es una cuestión de larga data en la física, algo que la gente ha estado tratando de hacer desde el siglo pasado".

La teoría de cuerdas es una de las formas en que los científicos tratan de unificar los dos modelos dispares de nuestro universo. En la teoría de cuerdas, partículas como los átomos se representan mediante "cuerdas" unidimensionales que, a su vez, se compilan en enormes matrices bidimensionales. (Una matriz, en ciencia y matemáticas, es una matriz de números o valores de n por n).

Así que, juntando todas las piezas, lo que tenemos es una rejilla bidimensional de valores ponderados que describen la superficie del agujero negro que hay debajo. Y a partir de ahí, los científicos pueden utilizar ideas matemáticas para explorar la rejilla de números de la misma manera que lo harían con cualquier otra cosa. En este caso, utilizaron operadores cuánticos, llamados qubits, y una red neuronal en funcionamiento para identificar el estado de menor energía de un modelo de matriz dado.

Los científicos esperan que los modelos matriciales, que describen el aspecto que podría tener un tipo de agujero negro en su interior, ayuden a arrojar "luz", por así decirlo, sobre el horizonte de sucesos de estos agujeros negros especiales, y más allá. "¿Qué hay en el horizonte de sucesos de un agujero negro? ¿De dónde viene? Responder a estas preguntas sería un paso hacia la realización de una teoría cuántica de la gravedad", explica Rinaldi.

 

 

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