Los
físicos han ideado un modelo holográfico del "espacio de Sitter", el
término para un universo como el nuestro, que podría darnos nuevas pistas sobre
el origen del espacio y el tiempo.
Un boceto de Xi Dong del procedimiento de corte, deformación y
pegado que él y sus colegas utilizaron para construir un holograma de un
universo de De Sitter. Crédito: Dibujo de Xi Dong.
Los
físicos creen que la estructura del
espacio y el tiempo es emergente, cosida de hilos cuánticos de acuerdo con un
patrón desconocido. Y durante 22 años, han tenido un modelo de juguete de
cómo puede funcionar el espacio-tiempo emergente: un "universo en una botella" teórico, como lo
describió su descubridor, Juan Maldacena.
El
espacio-tiempo que llena la región dentro de la botella, un continuo que se
dobla y ondula, produciendo la fuerza llamada gravedad, se asigna exactamente a
una red de partículas cuánticas que viven en la superficie rígida y sin
gravedad de la botella. El “universo” interior se proyecta desde el sistema
de límites de dimensión inferior como un holograma.
El
descubrimiento de este holograma por parte de Maldacena ha dado a los físicos
un ejemplo práctico de una teoría cuántica de la gravedad.
Pero
eso no significa necesariamente que el universo del juguete muestre cómo el
espacio-tiempo y la gravedad emergen en nuestro universo. El interior de
la botella es un lugar dinámico, llamado Escheresco, al espacio anti-de Sitter
(AdS) que está curvado negativamente como una silla de montar. Diferentes
direcciones en la curva de la silla de montar en formas opuestas, con una
dirección curvada hacia arriba y la otra hacia abajo. Las curvas tienden a
ser verticales a medida que se aleja del centro, lo que finalmente le da al
espacio AdS su límite exterior, una superficie donde las partículas cuánticas
pueden interactuar para crear el universo holográfico en su interior. Sin
embargo, en realidad, habitamos en un "espacio de Sitter (dS)" con
curvas positivas, que se asemeja a la superficie de una esfera que se está
expandiendo sin límites.
Desde
1997, cuando Maldacena descubrió la correspondencia AdS / CFT, una dualidad entre el
espacio AdS y una “teoría del campo
conformal” que describe las interacciones cuánticas en el límite de ese
espacio, los físicos han buscado una descripción análoga de las regiones
espacio-temporales como la nuestra que no lo son. embotellada. El único
"límite" de nuestro universo es el futuro infinito. Pero la
dificultad conceptual de proyectar un holograma a partir de partículas
cuánticas que viven en el futuro infinito ha obstaculizado los esfuerzos para
describir el espacio-tiempo real de forma holográfica.
En
el último año, sin embargo, tres físicos han avanzado hacia un holograma del
espacio de Sitter. Al igual que la correspondencia AdS / CFT, el suyo
también es un modelo de juguete, pero algunos de los principios de su
construcción pueden extenderse a hologramas espacio-temporales más realistas. Hay "pruebas tentadoras",
dijo Xi Dong, de la Universidad de California en
Santa Bárbara, quien dirigió la investigación, que el nuevo modelo es una pieza de "un marco unificado para la
gravedad cuántica en el [espacio] de Sitter".
Dong
y sus coautores, Eva Silverstein, de la
Universidad de Stanford, y Gonzalo Torroba, del Centro Atómico de Bariloche en
Argentina, construyeron un holograma del espacio dS al
tomar dos universos AdS, recortándolos, combándolos y pegando sus límites.
El
corte es necesario para hacer frente a un infinito problemático: el hecho de
que el límite del espacio AdS está infinitamente lejos de su
centro. (Imagine un rayo de luz que recorre una distancia infinita por la
curva de la silla de montar para alcanzar el borde). Dong y sus coautores
convirtieron el espacio AdS en finito al cortar la región espacio-tiempo en un
radio grande. Esto creó lo que se conoce como una "garganta de
Randall-Sundrum", después de que los físicos Lisa Randall y Raman Sundrum,
quienes idearon el truco. Este espacio todavía se aproxima por un CFT que
vive en su límite, pero ahora el límite está a una distancia finita.
A
continuación, Dong y sus coautores agregaron ingredientes de la teoría de
cuerdas a dos de estas gargantas teóricas de Randall-Sundrum para energizarlas
y darles una curvatura positiva. Este procedimiento, llamado
"edificante", convirtió los dos espacios de AdS con forma de silla de
montar en espacios dS con forma de tazón. Los físicos podrían entonces
hacer lo obvio: "pegar" los dos tazones a lo largo de sus
bordes. Los CFT que describen ambos hemisferios se acoplan entre sí,
formando un sistema cuántico único que es holográficamente dual a todo el
espacio esférico de Sitter.
"El espacio-tiempo resultante no
tiene límites, pero en su construcción es dual a dos CFT", dijo Dong. “Debido
a que el ecuador del espacio de De Sitter, donde viven los dos CFT, es en sí
mismo un espacio de Sitter, la construcción se denomina "correspondencia
dS / dS".
Silverstein propuso esta idea básica con tres coautores
en 2004, pero las nuevas herramientas teóricas le han permitido a ella, Dong y
Torroba estudiar el holograma dS / dS con mayor detalle y demostrar que pasa
importantes comprobaciones de consistencia. En un artículo publicado el verano pasado , calcularon que
la entropía del enredo, una medida de cuánta información se almacena en los CFT
acoplados que viven en el ecuador, coincide con la fórmula de entropía conocida
para la región esférica correspondiente del espacio de Sitter.
Ellos
y otros investigadores están explorando más a fondo el holograma de De Sitter
utilizando herramientas informáticas.
Como describí en un artículo reciente de Quanta,
los físicos han descubierto en los últimos años que la correspondencia AdS /
CFT funciona exactamente como un "código de corrección de errores
cuánticos", un esquema para codificar de forma segura la información en un
sistema cuántico nervioso, ya sea un ordenador cuántico o un CFT. La
corrección de errores cuánticos puede ser la forma en que el tejido emergente
del espacio-tiempo logra su robustez, a pesar de estar tejido de partículas
cuánticas frágiles.
Dong, que formó parte
del equipo que descubrió la conexión entre AdS / CFT y la corrección de errores
cuánticos, dijo: “Creo que la holografía
de De Sitter también funciona como un código de corrección de errores
cuánticos, y me gustaría mucho entender cómo. "Hay pocas esperanzas de que
la evidencia experimental verifique que esta nueva perspectiva sobre el
espacio-tiempo de Sitter sea correcta, pero según Dong,"instintivamente
sabrás que estás en el camino correcto si las piezas comienzan a encajar
".
Patrick Hayden, físico
teórico e científico de la computación en Stanford que estudia la
correspondencia AdS / CFT y su relación con la corrección de errores cuánticos,
dijo que él y otros expertos están reflexionando sobre el modelo dS / dS de
Dong, Silverstein y Torroba. Dijo que es demasiado pronto para decir si
las ideas sobre cómo se entrelaza el espacio-tiempo y cómo funciona la gravedad
cuántica en el espacio de AdS se trasladarán a un modelo de De Sitter. "Pero hay un camino, algo por
hacer", dijo Hayden. “Puedes
formular preguntas matemáticas concretas. Creo que van a pasar muchas
cosas en los próximos años ".
Fuente: Quanta Magazine
– Natalie Wolchover Editora / Escritora Senior
Traducción libre de Soca
