Que “nuestro universo es un holograma” es quizás uno de los mayores conceptos erróneos relacionados con la física de los últimos años. Permítanme escribir una aclaración en negrita para que quede absolutamente claro:
¡No, nuestro universo NO es un holograma! Es solo una metáfora utilizada para describir algunas propiedades que creemos que podría tener el universo. No tiene absolutamente nada que ver con hologramas reales, o con “vivir en una simulación”.
Bien, ahora que tenemos esto cubierto, permítanme explicar lo que realmente significa el principio holográfico.
El principio holográfico
La entropía de un agujero negro viene dada por el área de su horizonte, dividida por 4. Ahora, imagine que tiene un volumen de espacio con algo de materia, no necesariamente un agujero negro. ¿Hay un límite similar a la entropía total en ese volumen?
Bueno, pensemos en ello. Intuitivamente, puedes poner más y más materia dentro de ese volumen de espacio, aumentando así la entropía dentro de él. ¡Pero en algún momento habrá tanta materia dentro que inevitablemente colapsará en un agujero negro!
En otras palabras, no podemos aumentar la entropía de un volumen de espacio indefinidamente; solo podemos aumentarlo hasta que sea igual al área de superficie del volumen, dividido por 4.
Ahora, la entropía es una medida de información; Cuanta más información tenga, más entropía obtendrá. Entonces parece que hay un principio, el principio holográfico , que dice aproximadamente que la cantidad total de información dentro de un volumen de espacio no puede ser mayor que la cantidad de información que puede codificarse en el límite de ese volumen.
La palabra “principio” aquí significa que es un principio que debes seguir cuando tratas de formular una teoría de la gravedad cuántica. Esto significa que se debe demostrar que cualquier teoría potencial de la gravedad cuántica sigue este principio, o tiene una muy buena razón para violarlo, de lo contrario no es compatible con la imagen intuitiva que di arriba.
Tenga en cuenta que el principio holográfico es solo un principio con el que formular ciertas teorías científicas, y no una teoría científica en sí misma, por lo que no tiene ninguna predicción que pueda probarse experimentalmente. Entonces, la mera existencia del principio no significa que “nuestro universo es un holograma” o que nuestro universo realmente obedezca el principio holográfico.
Para ser perfectamente claro: si nuestro universo obedece el principio holográfico o no es una afirmación que debe ser probada empíricamente , pero no puede ser probada hasta que tengamos una teoría real de la gravedad cuántica, que no tenemos.
Entonces, si alguien te dice que “el universo es un holograma”, puedes estar seguro de que no saben de qué están hablando.
La conjetura de AdS / CFT: holografía en un universo imaginario y poco realista
Los artículos engañosos e incorrectos que aparecen con frecuencia en los medios de comunicación que citan “evidencia” de que “el universo es un holograma” suelen hablar de algo llamado conjetura de AdS / CFT . Permítanme primero hacer otra aclaración muy importante en negrita:
La conjetura de AdS / CFT sugiere una relación puramente matemática entre dos teorías completamente poco realistas, una en el lado “AdS” y otra en el lado “CFT”, y no dice absolutamente nada sobre el universo real en el que vivimos.
¿Por qué necesitamos AdS / CFT? El principio holográfico descrito anteriormente son solo palabras. Pero las palabras no son precisas y no puedes usarlas para calcular cosas. A los físicos nos gusta escribir las cosas como ecuaciones matemáticas precisas para que puedan analizarse tanto cuantitativa como cualitativamente.
La conjetura de AdS / CFT proporciona un modelo matemático en el que el principio holográfico parece funcionar. Como dije anteriormente, este modelo matemático no es realista y no tiene nada que ver con nuestro propio universo.
¿Por qué lo estudiamos si no es realista? Hay un concepto llamado “teoría del juguete” . Una teoría del juguete es una teoría que sabemos que no es realista de ninguna manera, pero la estudiamos principalmente por dos razones:
- Es un modelo muy simple, por lo que podemos realizar cálculos que no podemos hacer en modelos más realistas; y / o
- No tenemos un modelo realista, así que nos conformamos con lo que tenemos.
Bien, ahora, ¿qué dice realmente la conjetura de AdS / CFT? Sin entrar demasiado en los detalles técnicos, básicamente habla de algún objeto descrito por la teoría de cuerdas llamado D3-brane (pero el nombre no importa).
Puedes ver esta brana desde dos “perspectivas” diferentes. Desde una perspectiva, parece una teoría de la gravedad (cuántica) en 5 dimensiones (“AdS”), y desde la otra perspectiva, parece una teoría sin gravedad en 4 dimensiones (“CFT”).
Pero la brana sigue siendo una brana, y debería actuar de la misma manera sin importar desde qué perspectiva la mires. En otras palabras, podemos realizar cálculos en la teoría de 5 dimensiones o en la teoría de 4 dimensiones y obtendremos los mismos resultados.
Esta dualidad de dos descripciones diferentes es extremadamente útil para hacer cálculos. Esto se debe a que si algo es demasiado difícil de calcular desde la perspectiva de la gravedad, puede calcularlo desde la perspectiva de la no gravedad, o viceversa.
Además, y más relevante para el contexto actual, esta dualidad proporciona un modelo concreto, aunque poco realista, en el que realmente funciona el holográfico. ¡Esto se debe a que la teoría de 5 dimensiones “codifica la misma información” que la teoría de 4 dimensiones!
Digo que AdS / CFT es una conjetura porque en realidad no se ha probado. Hay muchas pruebas de que la conjetura podría ser cierta. Estos básicamente provienen de calcular lo mismo desde ambas perspectivas y verificar que los resultados estén de acuerdo. Pero todavía no hay pruebas de que los resultados siempre estén de acuerdo.
Entonces, cada vez que lees un artículo que dice que “los físicos encontraron evidencia de que nuestro universo es un holograma”, lo que realmente significa es que los físicos hicieron algunos cálculos más y descubrieron que estaban de acuerdo con la conjetura de AdS / CFT. Pero no dice nada sobre nuestro universo, solo sobre un modelo muy poco realista.
¿Por qué el modelo no es realista? Por muchas razones:
- El modelo se construye utilizando la teoría de cuerdas. A pesar de la impresión que puede tener de los medios populares, la teoría de cuerdas es realmente una “teoría del juguete”; en realidad no describe nuestro propio universo. Describe un universo imaginario que resulta ser similar a nuestro propio universo en algunos aspectos, pero muy diferente en otros.
- La perspectiva de una teoría con la gravedad se llama AdS porque describe un universo que tiene una geometría especial llamada ” A nti d e S itter”. Sin embargo, nuestro universo no tiene esta geometría. De hecho, es (asintóticamente) descrito por el opuesto exacto de Anti de Sitter, que se llama “de Sitter”. Entonces, la perspectiva de AdS definitivamente no describe nada ni remotamente cerca de nuestro universo.
- La perspectiva de una teoría sin gravedad se llama CFT porque describe un universo que tiene una simetría especial llamada “simetría conforme”. Entonces, la teoría se llama C onformal F ield T heory. Sin embargo, nuestro universo incluye la gravedad y no tiene simetría conforme. Entonces, la perspectiva CFT tampoco describe nada ni remotamente cerca de nuestro universo.
En conclusión, AdS / CFT es una conjetura que ofrece un modelo de un universo imaginario y poco realista que ciertamente no es nuestro universo, en el que el principio holográfico se realiza matemáticamente. Es una conjetura muy importante y tiene muchas aplicaciones, pero no dice absolutamente nada sobre nuestro propio universo, que no es ni AdS ni CFT.
Sin embargo, a diferencia del modelo irreal específico de AdS / CFT, el principio holográfico como principio general es algo que creemos que debería aplicarse al universo real en el que vivimos.
Como mencioné anteriormente, la validez del principio holográfico en nuestro universo es algo que, en última instancia, debe determinarse empíricamente una vez que tenemos una teoría operativa de la gravedad cuántica.