Tendencias21

El espacio-tiempo emerge del entrelazamiento cuántico

Un trabajo publicado por físicos y matemáticos en ‘Physical Review Letters’ parece demostrar cómo, de un fenómeno subatómico concreto (el entrelazamiento cuántico) acaecido en una superficie bidimensional, emerge el volumen. Según los investigadores, esta demostración supone un paso significativo hacia la unificación de la relatividad general y de la mecánica cuántica, es decir, hacia la Teoría del Todo, con la que se podrían explicarse todos los fenómenos físicos conocidos.

El espacio-tiempo emerge del entrelazamiento cuántico

Según la física, el cosmos es lo que es gracias a que las partículas subatómicas que lo conforman se relacionan entre ellas a través de cuatro interacciones fundamentales: la interacción nuclear fuerte, la interacción nuclear débil, la interacción electromagnética y la interacción gravitatoria.

Casi toda la historia de la física moderna se ha centrado en la unificación de estas interacciones para tratar de desarrollar una Teoría del Todo que explique y conecte todos los fenómenos físicos conocidos, que dependen de cómo se relacionan las partículas entre sí.

Sin embargo, hasta ahora, solo se ha logrado unificar tres de esas cuatro fuerzas fundamentales del Universo. La gravedad se ha quedado fuera, porque este tipo de interacción es distinta a las otras y además, matemáticamente, no combina bien con ellas (en términos más técnicos, con la gravedad la renormalización no funciona).

Una explicación para la aparición del espacio-tiempo

Este es, a grandes rasgos, uno de los problemas más importantes de la física actual. Ahora, un equipo de investigadores cree haber encontrado una solución. Se trata de los científicos Hirosi Ooguri (Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo –IPMU- de la Universidad de Tokyo), Matilde Marcolli (matemática del Caltech de EEUU) y otros dos colaboradores llamados Jennifer Lin y Bogdan Stoica. Su descubrimiento aparecerá publicado en la revista Physical Review Letters.

Según informa el IPMU en un comunicado, Ooguri y su equipo han dado un paso significativo en concreto hacia la unificación de la relatividad general y de la mecánica cuántica. La primera teoría se centra en la fuerza de la gravedad y en fenómenos a gran escala, como la dinámica de las galaxias. La segunda, la teoría cuántica de campos, describe las otras tres fuerzas fundamentales de la naturaleza, pero está centrada en el nivel subatómico y molecular.

El paso ha consistido en explicar cómo el espacio-tiempo surge del entrelazamiento cuántico (asociación de dos o más partículas subatómicas, de manera que se comporten como una sola, por mucha distancia que haya entre ellas). 

Principio holográfico: información, volumen

El principio holográfico es ampliamente considerado una característica esencial de la Teoría del Todo. 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.

También establece que la gravedad en un volumen tridimensional puede ser descrita por la mecánica cuántica en una superficie de dos dimensiones, que rodea al volumen.

En particular, las tres dimensiones del volumen surgirían de esa superficie bidimensional. Sin embargo, la comprensión de los mecanismos precisos para que tal volumen surja no han podido definirse hasta ahora.

Como mirar una radiografía

Ooguri y sus colaboradores han encontrado que el entrelazamiento cuántico es la clave para resolver esta cuestión. Usando una teoría cuántica (que no incluye la gravedad), demostraron cómo calcular la densidad de energía -que es fuente de interacciones gravitacionales en tres dimensiones- utilizando datos de entrelazamiento cuántico en una superficie bidimensional.

Este cálculo sería análogo al diagnóstico de las condiciones del interior de un cuerpo, a partir del visionado de una radiografía de rayos X, registrada en láminas de dos dimensiones.

El desarrollo ha permitido a los investigadores interpretar las propiedades universales del entrelazamiento cuántico como condiciones en la densidad de energía que deben ser satisfechas por cualquier teoría cuántica consistente de la gravedad, sin llegar a incluir explícitamente la gravedad en la teoría. De este modo, Ooguri y colaboradores han demostrado que este entrelazamiento cuántico genera las dimensiones extra de la teoría gravitacional, siempre según el IPMU (así se unificaría “todo”).

¿Qué es el entrelazamiento cuántico?

La importancia del entrelazamiento cuántico ya había sido sugerida previamente, pero su papel exacto en la emergencia del espacio-tiempo no estaba claro hasta este trabajo.

El entrelazamiento cuántico es un fenómeno por el cual los estados cuánticos de dos partículas subatómicas (como su espín o su polarización) situadas en diferentes lugares no se pueden describir de forma independiente.
De este modo, la medición (y, por tanto, la actuación) sobre una de esas partículas también afectará a la otra; una característica que Einstein describió como «acción fantasmal a distancia».

«Se sabía que el entrelazamiento cuántico se relaciona con cuestiones profundas de la unificación entre relatividad y mecánica cuántica, como la paradoja de la pérdida de información en agujeros negros o la paradoja firewall, nuestro artículo arroja nueva luz sobre la relación entre dicho fenómeno y la estructura microscópica del espacio-tiempo, a través de cálculos explícitos. La conexión entre la gravedad cuántica y la ciencia de la información se está haciendo cada vez más importante para ambos campos. Yo mismo estoy colaborando con científicos de la información para seguir adelante con esta línea de estudio”, concluye Ooguri.
 
Siempre se ha creído que la masa y la energía son los constituyentes básicos de la naturaleza pero, en los últimos años, el papel de la “información” como constituyente del mundo ha ido cobrando interés para la física, como puede verse en el presente trabajo.

Referencia bibliográfica:
 
Jennifer Lin, Matilde Marcolli, Hirosi Ooguri, Bogdan Stoica. Tomography from Entanglement. Actualmente en el repositorio de artículos arxiv.org.
 
 
 

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Los huracanes se están volviendo tan fuertes que ya no existen categorías para clasificarlos 7 febrero, 2024
    Cinco tormentas en la última década tuvieron velocidades de viento que pertenecen a una hipotética categoría 6 en la escala de huracanes Saffir-Simpson: el fenómeno obligaría a los científicos a crear una nueva clasificación, capaz de reflejar la virulencia de los huracanes en la actualidad. Las causas principales del fenómeno tienen su origen en el […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un asteroide habría explotado sobre la Antártida hace unos 2,5 millones de años 7 febrero, 2024
    Un asteroide se desintegró sobre el continente antártico hace aproximadamente 2,5 millones de años: la evidencia proviene de un análisis químico de más de 100 pequeños trozos de roca extraterrestre, que se han preservado dentro de las enormes capas de hielo. Hasta el momento, solo se conocen otros dos eventos de explosiones aéreas antiguas en […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean la primera niña de inteligencia artificial del mundo 7 febrero, 2024
    La primera niña IA del mundo ha sido creada por científicos chinos, que la han dotado de emociones e intelecto y de la capacidad de aprender de forma autónoma. Se comporta como si tuviera tres o cuatro años y representa un avance significativo para el campo de la inteligencia artificial general.
    Redacción T21
  • Oponerse a la regulación de los pesticidas no es la solución al problema de los agricultores 7 febrero, 2024
    Los agricultores que se movilizan en España y Europa se oponen con firmeza a las nuevas regulaciones europeas en materia de pesticidas, lo que representa una amenaza mayor para la salud pública que tener una central nuclear al lado de casa: estos químicos han costado miles de vidas y enfermos crónicos, al tiempo que han […]
    Eduardo Costas | Catedrático de la UCM y Académico de Farmacia
  • El arte existió antes del surgimiento de los humanos modernos 6 febrero, 2024
    Nuevas investigaciones sugieren que nuestros parientes humanos arcaicos, como los neandertales, ya contaban con las capacidades cognitivas para desarrollar arte: el hallazgo de ejemplos cada vez más antiguos de expresión artística en el registro arqueológico confirmaría esta hipótesis. Sin embargo, aún se discute si estas manifestaciones creativas pueden catalogarse como arte.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren una nueva supertierra que podría ser un mundo habitable 6 febrero, 2024
    Un planeta extrasolar del tipo supertierra, denominado TOI-715 b y aproximadamente una vez y media más ancho que la Tierra, podría ser capaz de albergar vida: orbita dentro de la zona habitable de una enana roja, a escasa distancia de nuestro planeta. Además, podría estar acompañado de otro cuerpo planetario, con un tamaño casi idéntico al […]
    Pablo Javier Piacente
  • Imprimen en 3D el primer tejido cerebral humano funcional 6 febrero, 2024
    Científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison han impreso en 3D tejido cerebral que crece y funciona como el tejido cerebral humano. Las neuronas impresas se comunican entre ellas como si estuvieran en un tejido biológico. Este desarrollo perfecciona la técnica de los organoides cerebrales.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • La brecha ecológica de género lastra la solución de la crisis planetaria 6 febrero, 2024
    Las mujeres son las más afectadas por el cambio climático y las que más tienen que aportar a la solución de la crisis planetaria. Aunque siguen excluidas mayoritariamente de los ámbitos de decisión medioambientales y de la ciencia del clima, no callan y actúan. Esta es su historia.
    Alicia Domínguez y Eduardo Costas.
  • Crean una máquina del tiempo evolutiva con los genomas de 51 especies de vertebrados 5 febrero, 2024
    Los investigadores acaban de mapear los genomas de 51 especies animales, incluyendo gatos, delfines, canguros, pingüinos, tiburones y tortugas: el descubrimiento tendría enormes implicaciones para comprender la salud y la evolución humanas, además de crear una "máquina del tiempo evolutiva".
    Pablo Javier Piacente
  • Nanopartículas en rocas antiguas esconden los secretos de la vida 5 febrero, 2024
    Los científicos han descubierto que nanopartículas presentes en algunas de las rocas más antiguas del mundo ocultan pistas sobre los orígenes de la vida: los hallazgos podrían explicar por qué el fósforo se convirtió en un componente importante de la vida y cómo las moléculas se unieron por primera vez para formar ARN primitivo, en […]
    Pablo Javier Piacente