La física que intenta crear espacio-tiempo desde cero
Monika Schleier-Smith pone a prueba la idea de que el espacio-tiempo surge, como un holograma, de las interacciones cuánticas, intentando fabricarlo en el laboratorio.
Por Lyndie Chiou
Es posible que el ESPACIO-TIEMPO no sea fundamental. En cambio, según el principio holográfico, surge de algo más profundo, como un holograma tridimensional surge de una superficie plana. El principio dice que el espacio-tiempo, y por extensión la gravedad, surge del entrelazamiento cuántico.
Mónica Schleier-Smith espera poder crear espaciotiempo de la nada en su laboratorio.
Con esto en mente, Monika Schleier-Smith (en la foto de arriba), física de la Universidad de Stanford (California), intenta crear espacio-tiempo desde cero. Su método simula una frontera holográfica 2D alrededor de un universo que, según el principio holográfico, basta para codificar toda la información que describe el universo en su interior. Esta "dualidad holográfica" afirma que el espacio-tiempo y la frontera de dimensión inferior de la que emerge son equivalentes.
En esencia, la metodología de Schleier-Smith implica experimentos de mesa que tienen el potencial de revelar cómo el principio holográfico contribuye a los fenómenos hasta los de las escalas más pequeñas, donde emergería el espacio-tiempo.
Lyndie Chiou: ¿Cuál es su equipo experimental?
Monika Schleier-Smith: Las herramientas con las que trabajo son átomos refrigerados por láser. Tenemos átomos aislados en una cámara de vacío y utilizamos láseres para llevarlos a temperaturas muy bajas, millonésimas de grado por encima del cero absoluto. Los fijamos donde queremos y es esencialmente un punto de partida para tener un modelo muy bien controlado de un sistema cuántico.
¿Cómo se sabe que las partículas están entrelazadas?
Hemos estado estudiando esta idea de dualidad holográfica [atrapando] átomos entre dos espejos que forman un resonador óptico. Lo bueno de este resonador óptico es que permite que cualquier átomo hable con cualquier otro átomo. Los fotones pueden viajar entre estos átomos y actuar como mensajeros que transmiten información cuántica entre ellos. La luz entonces, genera las correlaciones y entrelazamientos.
Una vez que hemos preparado los átomos y dejamos que interactúen y se enreden, volvemos a enviar luz para hacer una foto. Literalmente, la luz se dispersa entre los átomos. Podemos ver no sólo dónde están los átomos, sino también en qué estado se encuentran. Los átomos tienen un espín interno, pueden apuntar hacia arriba o hacia abajo, y podemos observar las correlaciones de espín entre los diferentes sitios de nuestra matriz de nubes de átomos. Básicamente, tomamos un montón de imágenes y analizamos las correlaciones.
¿Cómo podría surgir de esto una gravedad cuántica?
Doy crédito a mis estudiantes, que fueron muy inteligentes a la hora de pensar cómo analizar los datos. Se dieron cuenta de que una cosa que se puede hacer es medir las correlaciones entre diferentes pares de sitios en nuestra matriz de nubes de átomos y preguntar qué pares son los más fuertemente correlacionados. Se puede trazar una línea que conecte cualquiera de los pares de nubes que estén más correlacionados.
El resultado es un gráfico de árbol. Y gracias a una maravillosa colaboración con un teórico, el difunto Steven Gubser de Princeton, supe que este gráfico de árbol es una representación del espacio-tiempo curvo. La geometría que emerge es algo que se parece a un espacio-tiempo con curvatura negativa. [Es el mismo tipo de espacio-tiempo que interviene en la teoría de la dualidad holográfica, que no se parece a la gravedad en nuestro universo, pero es fascinante. Para nosotros, los experimentalistas, fue un primer paso importante para entender qué es lo que hay que medir para que la gravedad surja de la mecánica cuántica.
¿Están todos de acuerdo en que su experimento es una simulación del espacio-tiempo?
En primer lugar, no hay consenso sobre si la dualidad holográfica describe nuestro universo. Es una cuestión absolutamente abierta.
La segunda cuestión es si estos experimentos siguen siendo un campo de investigación fructífero. Algunos son pesimistas, pero yo soy más optimista por dos razones. Una es que, en última instancia, puede enseñarnos algo profundo y fundamental sobre el espacio-tiempo y la gravedad en nuestro universo. En segundo lugar, quizá nos ayude a comprender mejor la mecánica cuántica, en concreto los sistemas cuánticos entrelazados.
¿Para qué otra física utilizas tu experimento?
Hay predicciones fascinantes sobre lo que ocurre con la información que cae en un agujero negro. No hace mucho, parecía que la información se perdía al arrojar un libro a un agujero negro, lo que no está permitido por las leyes de la mecánica cuántica.
La resolución [de la llamada paradoja de la información en los agujeros negros] es que la información no se pierde por completo, sino que se "revuelve". Resulta muy difícil recuperarla porque la información que inicialmente estaba almacenada localmente en un bit cuántico, o qubit, se deslocaliza y se oculta en complejos enredos entre muchos qubits.
Hay una predicción teórica que dice que si se tiene el dual holográfico de un agujero negro [la versión 2D de la que puede surgir el agujero negro 3D], la información debería desordenarse con extrema rapidez. La velocidad a la que se revuelve la información es un límite fundamental para la rapidez con la que esto puede ocurrir en cualquier sistema cuántico. Es lo que se conoce como "codificación rápida" y es interesante porque [este límite] surgió pensando en la gravedad.
Lyndie Chiou es escritora independiente residente en California.
