Una nueva investigación ofrece una fórmula para entrar en un agujero negro, reconciliando la física cuántica y la relatividad, y confirmando la antigua suposición de que el universo es un gran holograma.
El horizonte de sucesos es un concepto de la relatividad general según el cual existe una variedad algebraica denominada hipersuperficie que marca el límite entre el tiempo y el espacio.
El horizonte de eventos indica que es imposible que los eventos que ocurren a ambos lados de este límite matemático afecten a un observador ubicado al otro lado de este límite de espacio-tiempo. Incluso la luz no puede superar esta limitación.
Los horizontes de eventos pueden aparecer bajo una variedad de circunstancias, pero la más conocida es el límite espaciotemporal que manifiestan los agujeros negros.
Un agujero negro es un objeto astronómico con una atracción gravitatoria tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de él.
miles de millones en el universo
Se estima que hay al menos 40 billones de agujeros negros en el universo observable, y hay agujeros negros supermasivos en el centro de la mayoría de las galaxias, incluida la Vía Láctea.
Cada uno de estos agujeros negros tiene su propio horizonte de eventos infranqueable, por lo que es imposible saber qué sucede en su interior.
Lo nuevo de los horizontes de sucesos es que un estudio de la Universidad de Michigan ha propuesto una técnica para superar este obstáculo insalvable y poder mirar dentro de un agujero negro, desde el espacio-tiempo en el que nos encontramos.
Si esta técnica funcionara, no solo podría resolver uno de los problemas más difíciles de la ciencia, penetrar un horizonte de sucesos, sino también confirmar que el universo es un holograma. El estudio fue publicado en la revista PRX Quantum.
¿Universo holográfico?
La hipótesis del universo holográfico, que surgió en la década de 1990, sugiere que toda la información creada por nuestra realidad está contenida dentro de una superficie bidimensional.
Según esta hipótesis, nuestro universo sería algo así como ver una película en 3D en el cine. Vemos la altura, la anchura y la profundidad de las imágenes, pero en realidad emanan de una superficie plana, que es la pantalla de cine.
La idea también es similar a los hologramas clásicos, donde las imágenes 3D se codifican en una superficie 2D, como el holograma de una tarjeta de crédito, por ejemplo.
La diferencia es que en nuestro universo, podemos tocar cosas y, por lo tanto, vemos estos objetos tridimensionales como reales, desde nuestra perspectiva.
conexión significativa
Pero la holografía tiene una ventaja adicional muy atractiva para la exploración científica de lo imposible: proporciona un vínculo significativo entre las teorías clásicas de la mecánica cuántica (campos y partículas) y la teoría cuántica de la gravedad.
Esta ventaja nos permitió hablar de la llamada dualidad holográfica, una conjetura matemática que conecta las teorías de las partículas y sus interacciones con la teoría de la gravedad.
La teoría de la dualidad holográfica sugiere que la gravedad y la teoría de partículas son equivalentes: lo que sucede matemáticamente en la teoría de la gravedad también sucede en la teoría de partículas, y viceversa.
Con una advertencia: en el marco holográfico, las dos teorías describen diferentes dimensiones, pero no comparten el mismo número de dimensiones que describen.
Si la extrapolamos a los agujeros negros, esta teoría nos dice que dentro de un agujero negro la gravedad existe en tres dimensiones, pero que las partículas elementales que pululan en su interior se despliegan en dos dimensiones: forman un disco plano (como la pantalla de cine) que refleja la gravedad en tres dimensiones.
Si ese es realmente el caso, los autores de la nueva investigación dicen que todo nuestro universo sería una proyección holográfica de partículas, y eso podría conducir a una teoría cuántica coherente de la gravedad.
¿Finalmente reconciliado?
En esta hipótesis, la gravedad y la mecánica cuántica serían perfectamente conciliables, subrayan los investigadores, que partieron de esta hipótesis para trazar el camino que llevaría a atravesar el horizonte de sucesos de un agujero negro sin ningún problema.
“En la teoría de la relatividad general de Einstein, no hay partículas, solo hay espacio-tiempo. Y en el modelo estándar de física de partículas, no hay gravedad, solo hay partículas”, dice el autor principal Enrico Rinaldi en un comunicado.
Agrega que vincular las dos teorías es uno de los desafíos más importantes de la física, y que la validez de la dualidad holográfica, que reconcilia la gravedad y las partículas, se puede verificar mediante la computación cuántica y el aprendizaje profundo, un subconjunto de la ciencia del aprendizaje automático. , basado en redes neuronales artificiales.
Usando estas dos tecnologías, Rinaldi sugiere que es posible penetrar modelos de matrices cuánticas, que no son solo representaciones de la teoría de partículas, sino también de un tipo particular de agujero negro.
Si sabemos cómo se organizan los patrones de la red cuántica, dice Rinaldi, podríamos probar la escurridiza dualidad holográfica y quizás vislumbrar la gravedad que domina un agujero negro.
Modelos de redes cuánticas
Para el estudio, Rinaldi y su equipo utilizaron dos modelos de red cuántica lo suficientemente simples como para resolverlos con métodos tradicionales, pero con todas las características de los modelos de red cuántica más complicados, que se utilizan para describir agujeros negros a través de la dualidad holográfica.
Esto significa que pueden haber encontrado la fórmula para penetrar en un horizonte de eventos y descubrir qué sucede dentro de un agujero negro, no directamente, sino a través de lo que pueden averiguar a través de modelos de matrices cuánticas.
Por tanto, consideran que han proporcionado un importante punto de referencia para futuros trabajos sobre computación cuántica y algoritmos de aprendizaje automático, que los investigadores pueden utilizar para explorar la gravedad cuántica a través de la idea de dualidad holográfica.
Si estas técnicas funcionan, no solo podríamos resolver el misterio de los agujeros negros, sino quizás también confirmar la antigua suposición de que vivimos en un universo holográfico.
Referencia
Simulaciones de modelos matriciales utilizando computación cuántica, aprendizaje profundo y Lattice Monte Carlo. Enrico Rinaldi et al. PRX Quantum 3, 010324; 10 de febrero de 2022. DOI: https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.010324
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