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Dualidad gravedad-teoría cuántica de campos: Universos y hologramas

Ayer 30 de enero de 2017, otra vez, se dijo en los medios que nuestro universo podría ser un holograma. Sí, es un tema recurrente y aquí lo hemos tratado varias veces.  Pero dado que los medios insisten en decir que nuestro universo es un holograma, aquí insistiremos en explicar qué es eso de la holografía en física teórica.

Me hago eco de la noticia que apareció en Europa Press:

Primera evidencia de que nuestro universo es un holograma

Donde se encabeza con esta impresionante imagen tomada de la propia “noticia” de Europa Press:

fotonoticia_20170130165025_644

Ni que decir tiene que no es la primera vez que los medios dicen que hay “evidencias” de que “nuestro universo es un holograma”.

Lo hemos tratado aquí:  El universo no es un holograma.

Aquí: Nuestro universo es otra vez un holograma.

Aquí:  Agujeros negros, entropía… Esto no puede ser, a lo mejor es un holograma.

Aquí:  A veces soy tan dual…

El “notición” en cuestión hace referencia al siguiente artículo:

From Planck data to Planck era:
Observational tests of Holographic Cosmology

Que ha sido publicado en Physical Review Letters.

En esta entrada vamos a hablar promenorizadamente de lo que se conoce como dualidad gravedad/Teoría Cuántica de campos o Principio Holográfico.  Y no, no tiene nada que ver con que nuestro universo sea un maldito holograma.

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Nada de nada y el universo 2

Después de haber reposado la anterior entrada sobre la nada (Nada de nada el universo 1) donde nos centramos en las leyes físicas hoy toca responder a la siguiente pregunta:

¿Se puede llegar a la nada desde el algo?

Esta es la versión inversa de la típica pregunta:

¿Se puede crear algo desde la nada?

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Dado que aquí tenemos la costumbre de hablar de física y la física se ocupa de las cosas que son algo, aunque no sepamos exactamente lo que son, parece un poco estúpido plantearse esas preguntas.  Pero, -¡oh, sorpresa!-, resulta que la física sí que puede hablar sobre la nada y plantear situaciones en las que de algo se pase a nada.

Aquí hemos de recordar que por nada entendemos no espacio, no tiempo, no leyes, no materia, no energía, no nada.

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Newton, eres grande en lo pequeño

La gravedad es la fuerza arquetípica de la que todos tenemos una constancia directa.  Es normal que fuera la primera interacción de la que dispusimos una formulación matemática formal. Como es bien conocido la ley matemática de la gravitación vino de la mano del amigo Newton.  En la actualidad tenemos una teoría más general para la gravedad, Albert Einstein nos proporcionó una nueva forma de entender la gravedad como la consecuencia de la cambiante geometría del espaciotiempo. En esta teoría el espaciotiempo es una entidad dinámica que interactúa con el resto de campos físicos.  Hay que decir que la relatividad general, la teoría gravitatoria de Einstein, no invalida a la gravedad de Newton sino que la contextualiza. En la relatividad general recuperamos la gravedad Newtoniana para campos gravitatorios débiles y velocidades pequeñas de los cuerpos gravitantes.  Así que esto no es una competición de la relatividad general está bien y por tanto la gravedad de Newton está mal.

En ciencia lo único que puede decir que una teoría no es válida es el experimento.  Las teorías tienen que predecir valores de los observables físicos y el experimento tiene que ser capaz de decir si los valores “reales” observados de esas magnitudes coincide con lo predicho por las teorías o no.

Por tanto, en ciencia hay una lucha eterna entre teorías y experimentos. Los experimentos nos dan los valores de las magnitudes físicas medidas y estos resultados se comparan con los valores predichos para dichas magnitudes por los modelos físicos. Así pues, confiamos en una teoría hasta que llega un experimento que esta no puede explicar.

Pues bien, de forma sorprendente (al menos a mí siempre me ha parecido sorprendente), la interacción gravitatoria no es la mejor conocida experimentalmente.  En la actualidad podemos decir que sabemos que la teoría de la relatividad general y su límite Newtoniano funcionan en un rango de distancias desde el mm hasta algo más allá del sistema solar.  Si bien es cierto que cada vez tenemos mejor control a grandes escalas, verificar y experimentar con el campo gravitatorio en escalas por debajo del milímetro es ciertamente complicado.

Pero parece que se ha hecho algún avance importante en este sentido como dicen en el artículo:

Gravity resonance spectroscopy constrains dark energy and dark matter scenarios

Vamos a ver de qué va esto.

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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.

Una charla al respecto de esta entrada que di en el Bulebar (sí, con dos b’s):

http://cienciaenbulebar.wordpress.com/2013/12/18/cambio-de-planes/

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El hidrógeno con más dimensiones

Se habla mucho de dimensiones extra, de si nuestro universo puede tener más dimensiones de las que vemos, de si son grandes o pequeñas, de si las veremos en el LHC. Pero, ¿cómo afectaría a la física de las cosas más cotidianas, como el átomo de hidrógeno, la existencia de dimensiones extra? ¿Podrían existir átomos en un universo con más dimensiones de las que vemos? ¿Qué le pasaría a la estabilidad del hidrógeno si existieran más dimensiones espaciales?

Este es un tema muy interesante por varios motivos. Primero porque la física del hidrógeno es conocida ampliamente. Segundo, porque hay resultados para todos los gustos respecto a estas preguntas. Hay trabajos que muestran que se pueden dar átomos de hidrógeno estables en espacios con más de tres dimensiones espaciales, que se pueden dar bajo circunstancias especiales, y que no se pueden dar en absoluto.

En esta entrada el objetivo es presentar los trabajo que tratan el tema y dar mi opinión personal a algunas de las ideas que se toman como base de los cálculos. Espero que el tema os resulte interesante.

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