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Físicos teóricos dicen que la gravedad cuántica no tiene simetría


La gravedad cuántica es un campo de la física teórica que busca describir la gravedad de acuerdo con los principios de la mecánica cuántica. Un equipo internacional de físicos teóricos ha descubierto que cuando la gravedad se combina con la mecánica cuántica, no es posible realizar simetrías globales.

"Hay cuatro tipos de fuerzas fundamentales en la naturaleza: electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil y gravedad", dijeron, el investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) Daniel Harlow y Hirosi Ooguri de Caltech y la Universidad de Tokio.

"De las cuatro, la gravedad es la única fuerza aún inexplicable a nivel cuántico".

"Creemos que el principio holográfico es un indicio importante para combinar con éxito la gravedad y la mecánica cuántica".

El principio holográfico

El principio holográfico es un principio de las teorías de supercuerdas acerca de las teorías de la gravedad cuántica propuesta en 1993 por Gerard 't Hooft, y mejorada y promovida por Leonard Susskind en 1995. Postula que toda la información contenida en cierto volumen de un espacio concreto se puede conocer a partir de la información codificable sobre la frontera de dicha región. Una importante consecuencia es que la cantidad máxima de información que puede contener una determinada región de espacio rodeada por una superficie diferenciable está limitada por el área total de dicha superficie.

En un sentido más amplio y más especulativo, la teoría sugiere que el universo entero puede ser visto como una estructura de información de dos dimensiones "pintada" en el horizonte cosmológico, de tal manera que las tres dimensiones que observamos serían sólo una descripción eficaz a escalas macroscópicas y en bajas energías; por lo que entonces el universo sería en realidad un holograma. El principio holográfico no se ha hecho aún matemáticamente preciso, en parte debido a que el horizonte cosmológico tiene un área finita y crece con el tiempo.

Hay que entender el principio holográfico como un cubo, o bien como una habitación. Si a un cubo se le representa en un eje de coordenadas, resultarían tres cuadrados. Cada partícula tiene carga eléctrica, momento angular, etcétera. Todo ello constituye valores matemáticos representables no en tres, sino en muchos más ejes. En eso consistiría la información de la citada partícula.

También se entiende que cuando la densidad de tal información es enorme acaba siendo un agujero negro (información/partículas en demasía por el espacio definido): a más información más horizonte de sucesos, o límite exterior del hoyo negro. Como tal, la información se puede dividir en bits, y estos bits se plasman en una unidad de Planck.

El principio holográfico permite a los físicos estudiar sistemas gravitacionales, proyectándolos en un límite que rodea todo el Universo.

Correspondencia AdS/CFT

La correspondencia anti-de Sitter/teoría de campo conformes, desarrollada en la década de 1990 por el físico teórico Juan Maldacena, ha sido particularmente útil porque brinda una definición matemática precisa del principio holográfico.

La correspondencia anti-de Sitter/teoría de campo conformes es una relación conjeturada entre dos tipos de teorías físicas. Por un lado están los espacios anti-de Sitter (AdS) que se utilizan en las teorías de la gravedad cuántica, formulados en términos de la teoría de cuerdas. En el otro lado de la correspondencia están las teorías de campos conformes (CFT) que son teorías de campos cuánticos, que describen partículas elementales.

La dualidad representa un gran avance en nuestra comprensión de la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica. ​Esto se debe a que proporciona una formulación no perturbativa de la teoría de cuerdas con ciertas condiciones de frontera y porque es la realización más exitosa del principio holográfico, una idea en gravedad cuántica propuesta originalmente por Gerard 't Hooft y promovida por Leonard Susskind.

El nuevo documento científico

En el nuevo documento, el profesor Ooguri y el Dr. Harlow demostraron que no es posible la simetría en una teoría gravitacional si obedece al principio holográfico.

"Nuestro trabajo anterior había encontrado una analogía matemática precisa entre el principio holográfico y los códigos de corrección de errores cuánticos, que protegen la información en una computadora cuántica", dijeron los investigadores.

"En el nuevo documento, mostramos que tales códigos de corrección de errores cuánticos no son compatibles con ninguna simetría, lo que significa que la simetría no sería posible en la gravedad cuántica".

"Este resultado tiene varias consecuencias importantes", agregaron.

"En particular, predice que los protones son estables contra la descomposición en otras partículas elementales, y que existen monopolos magnéticos".

Crédito de la imagen: Gerd Altmann.

Referencia del documento científico:
Daniel Harlow y Hirosi Ooguri. 2019. Restricciones en las simetrías de la holografía. Fis. Rev. Lett 122 (19): 191601; doi: 10.1103 / PhysRevLett.122.191601

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