Información y geometría
Hay otra condición importante: una teoría de la gravedad cuántica debe explicar la extraña entropía de los agujeros negros. La entropía proporciona una medida de información. Para un agujero negro esto significa: cuantos más objetos caigan en él, mayor será su entropía. Al examinar los efectos cuánticos en el espacio-tiempo curvo cerca de los agujeros negros, Stephen Hawking encontró sorprendentemente una conexión entre la entropía de un agujero negro y su superficie. Esto significa que los agujeros negros se comportan de manera fundamentalmente diferente a los objetos termodinámicos normales, como sólidos o líquidos, donde la entropía depende de su volumen.
Esta idea acabó alimentando la idea de un universo holográfico: según éste, nuestro cosmos podría ser un holograma tridimensional, cuya información completa emerge de una superficie bidimensional. En particular, esto significa que en esta idea surge una teoría de la gravedad a partir de un sistema cuántico en una dimensión inferior. Un ejemplo concreto de este principio holográfico es la llamada correspondencia AdS/CFT, establecida en 1997 por el físico argentino Juan Maldacena.
Esta visión de un universo holográfico es hasta ahora muy especulativa. Por ejemplo, la correspondencia AdS/CFT describe una teoría de la gravedad en una geometría anti-de Sitter (AdS) que es fundamentalmente diferente de la forma del espacio-tiempo de nuestro cosmos. Establece una conexión con la llamada teoría cuántica conforme (CFT). A partir de la correspondencia AdS/CFT es posible establecer una relación entre la entropía del sistema cuántico y la geometría del espacio-tiempo tenida en cuenta en la teoría gravitacional, similar al famoso trabajo de Hawking sobre los agujeros negros.
Sin embargo, hasta ahora esta conexión sólo se ha explorado en el caso de teorías gravitacionales que reproducen características de la relatividad general. Pero la conexión entre entropía y geometría del espacio-tiempo podría tener un alcance mucho más amplio. Para investigar esto, los físicos dirigidos por Monika Schleier-Smith propusieron experimentos cuánticos que pueden implementarse utilizando las posibilidades técnicas actuales.
Simulación de universos holográficos | Una red de objetos cuánticos entrelazados (puntos azules y verdes) puede servir como modelo de un universo holográfico. Los objetos cuánticos internos (azul) representan una teoría de la gravedad en el espacio-tiempo geométrico, mientras que el borde exterior (verde) representa la teoría cuántica asociada. Al influir hábilmente en la estructura original (izquierda), se puede ver la estructura de la red interna en el entrelazamiento de partículas cuánticas en el borde (derecha, verde) (izquierda).
El físico utiliza sistemas cuánticos en su laboratorio para responder preguntas fundamentales sobre la naturaleza del espacio y el tiempo. Lo mismo ocurre en este caso: junto con el físico teórico Brian Swingle de la Universidad Brandeis diseñó un experimento que simula diferentes geometrías del espacio-tiempo y la entropía relativa. Para ello, primero hay que convertir la geometría que se va a examinar en una red tensorial, es decir, en un gráfico de objetos cuánticos entrelazados que contenga las características correspondientes de la teoría gravitacional.
Al controlar específicamente la estructura y realizar las mediciones adecuadas, toda la forma de la red influye en los objetos cuánticos que se encuentran en el borde. Según los expertos, si se lee la entropía del entrelazamiento de estos cuantos situados en los bordes, se puede determinar la forma de la red y, por tanto, la geometría asociada.
El equipo modeló este experimento para diferentes tipos de geometrías, incluida la de un agujero de gusano. Con ello espera haber allanado el camino para experimentos reales que puedan realizarse utilizando las técnicas actuales. Aunque estos experimentos no pueden demostrar la conexión entre entropía y geometría, permiten examinar con más detalle las propiedades del principio holográfico.
