NeoFronteras

¿Pruebas del principio holográfico?

Área: Física — martes, 20 de enero de 2009

Especulan con que un ruido en un interferómetro para la detección de ondas gravitacionales sea debido a un efecto del principio holográfico que amplificaría la escala de Planck del espacio-tiempo.

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Componente óptico del GEO600. Foto: Albert Einstein Institute Hannover.

Hace ya unos cincuenta años Wheeler propuso la existencia de la “espuma cuántica”. Según él el espacio-tiempo a la escala de Planck debería de tener una textura de tal modo que las fronteras entre izquierda-derecha, arriba-abajo o pasado-futuro estarían desdibujadas. El espacio presentaría “montañas”, “valles” e incluso agujeros de gusano cambiantes en el tiempo a esa escala del orden de 10-35 m. Pero esta idea especulativa no ha producido modelos concretos y cuantitativos sobre este espacio-tiempo a esas escalas diminutas. La razón es que esta predicción proviene de la idea de juntar la Relatividad General, que explica la gravedad a través de la geometría del espacio-tiempo, con los principios de la Mecánica Cuántica, que trata los sistemas pequeños que son definidos por sus funciones de onda, y hasta ahora no contamos con una teoría cuántica de la gravedad válida y terminada que funcione. Contamos, eso sí con varios candidatos aún en desarrollo que pretenden hacerlo: gravedad cuántica de lazos, triangulación causal dinámica, e incluso la teoría de cuerdas entre otras aún más exóticas.
Las primeras dos proporcionan cierta idea sobre esta espuma cuántica. La última asume un espacio-tiempo fijo cuatrimensional sobre el cual a cada punto se le asocia un complicada geometría multidimensional compacta.
Tampoco hay esperanzas de observar esta “espuma cuántica” con los actuales o futuros aceleradores de partículas, porque se daría a una escala tan pequeña que, en la práctica, es imposible de alcanzar la energía necesaria para ello.
Por otro lado había una idea circulando desde hace años sobre el “principio holográfico”, que dicho sea de paso no se sabe si es cierto o no, tratándose de una construcción teórica que goza de cierto éxito entre la comunidad de teóricos. Se desarrolló para el estudio de los agujeros negros y permitía almacenar en la superficie de éstos (su horizonte de sucesos) la información de todo lo que cayera dentro del él. Así se solucionaba la paradoja de eliminación de información que suponía que un agujero negro tragara información (objetos) y luego se evaporara, con lo que la información (que siempre se debe de conservar) desaparecería en la nada.
La información de la superficie (el horizonte de sucesos) codifica la información del volumen encerrado y de ahí el nombre de “principio holográfico”. Posteriormente Leonard Susskind y Gerard ‘t Hooft aplicaron esta idea al Universo en su conjunto, cuya superficie sería el horizonte del Universo observable. La información del Universo como objeto 3D (incluyéndole a usted lector) podría estar codificada en la superficie 2D de su horizonte causal de manera similar a la que un holograma óptico en una placa fotográfica puede reproducir un objeto tridimensional.
Aclaremos que no se trata de un holograma óptico ni de esas cosas que salen en Star Trek y cuya esencia fundamental es que son falsas y no tienen consistencia real.
Aunque la duda filosófica estaría ahí, plantearnos si somos o no una imagen holográfica tiene el mismo valor que plantearnos si somos o no un conjunto de funciones de ondas o si nuestra masa proviene de la interacción de todas nuestras partículas con el campo de Higgs. Tampoco tiene mucho valor saber que las fuerzas electromagnéticas mantienen unidos los átomos de hierro de un martillo si éste te impacta en la cabeza. Estas ideas no quitan realidad a nuestras vidas. Son modelos físicos que intentan explicar el mundo que nos rodea y que son más extraños conforme queremos explicar los fenómenos que están más cerca de los límites de la Física. Así que antes de echar a volar nuestra imaginación aseguremos que tenemos los pies en el suelo.
Por otro lado, en una de las partes más experimentales y realistas de la Física se pretende desde hace décadas la detección de ondas gravitacionales. Según la Relatividad General los fenómenos más energéticos del universo, como el Big Bang, el choque de estrellas de neutrones o agujeros negros supermasivos que tragan grandes objetos deben de producir oscilaciones del espacio-tiempo que se propagan a la velocidad de la luz a la manera de ondas y que serían susceptibles de ser medidas. Casi cualquier fenómeno gravitatorio las produciría, pero sólo esos fenómenos ultraenergéticos las producirían de gran intensidad. Pero aquí “gran intensidad” significa unas oscilaciones con una amplitud de una pequeñísima fracción de un diámetro atómico. Es decir, esto es algo muy difícil de medir.
Si tenemos dos objetos situados a cierta distancia y una onda gravitatoria cruza la región del espacio en donde se encuentran el propio espacio se encogerá y expandirá según esas oscilaciones y en esa amplitud.
En los últimos años se ha hecho un esfuerzo por detectar directamente estas ondas utilizando haces láser que rebotan múltiples veces en espejos situados en los extremos de dos tubos de cientos de metros de longitud que forman una L. Hasta el momento no se han detectado, pero se tiene la esperanza de poderlo hacer algún día si al final se mejoran estos sistemas y hay dinero para ello.
Uno de estos sistemas es el GEO600 en el que participan Alemania y Gran Bretaña. En este “observatorio” se ha venido detectando un “ruido” de entre 300 y 1500 hertzios durante los últimos meses para el cual no se tenía una explicación.
Ahora Craig Hogan, del Fermilab, especula con que ese ruido sea un reflejo de las fluctuaciones del espacio tiempo a la escala de Planck en el horizonte del Universo y que se detectaría gracias al principio holográfico. Según este investigador aunque la escala de Planck es pequeñísima el principio holográfico permitiría “verla”.
Según el principio holográfico la superficie del Universo codificaría la información en bits correspondientes a unidades de áreas de Planck. Además, esta superficie tiene que tener los mismos bits de información que el volumen de espacio que encierra, y como éste es mayor que la superficie, las unidades de espacio que lo componen deben de ser mayores que la escala de Planck, concretamente del orden de 10-16 m.
Si esto se confirmara serían buenas noticias para las teorías que tratan de crear una teoría cuántica de la gravedad, pues tendrían un fenómeno experimental que explicar y, por tanto, una manera de ser comprobadas, pero sería una mala noticia para la detección de ondas gravitacionales, pues este ruido sería excesivo para su detección.
Obviamente, antes de hablar de una gran descubrimiento, como dice este señor, habrá que realizar más experimentos y mucho trabajo. Algo en lo que están de acuerdo todos los expertos.
Hogan especula que un interferómetro de átomos podría servir para confirmar sus predicciones. En uno de estos dispositivos un haz de átomos ultrafríos funciona como un haz de luz, interfiriendo con él mismo. Sería un buen instrumento gracias a su longitud de onda más pequeña, dice.
Como siempre habrá que esperar, quizás sea un gran descubrimiento o quizás sólo un fiasco y el ruido sea precisamente eso: ruido y pocas nueces.

Fuentes y referencias:
Artículo original (resumen).
Copia de artículo original.
Nota de prensa.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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9 Comentarios

  1. Angel Trillo:

    Buenos días.

    Es muy interesante, a la vez que resulta un tanto desconcertante y difícil de comprender.
    Tengo entendido, no lo recuerdo bien, que en la superficie del horizonte de sucesos podría codificarse dicha información para así evitar la pérdida de información y da la casualidad que teóricamente el tamaño de la unidad de información es un cuarto de la escala de Planck, lo que ayuda a parecer un modelo teórico correcto.
    La verdad es que el planteamiento puede llevar a errores y a teorías absurdas, pero de ser cierto, creo que va a ser uno de los descubrimientos del siglo.

  2. lluís:

    Sí,realmente resulta difícil admitir que nuestras existencia pudiera ser una proyección holográfica de procesos físicos que tienen lugar en una lejana superficie en 2D. Pero es que el “principio holográfico”, contiene mucha física, e incluso se ha utilizado para resolver el tema de la “paradoja de la información en el interior de los agujeros negros” en los trabajos de Bekenstein. Aunque creo que más bien falta una teoría de la gravedad cuántica para saber a ciencia cierta cual es el destino final de un agujero negro, que como consecuencia de que emite radiación, va perdiendo masa hasta alcanzar una masa de Planck. Lo que sería sorprendente es que en este experimento se hubieran topado con el límite fundamental del espacio-tiempo. Donde este deja de comportarse como el suave continuo espacio-temporal einsteniano y en su lugar aparecen el “granulado espacio-temporal” o espuma espacio-temporal de Planck.

  3. NeoFronteras:

    Sí, como se explica en la nota este principio se ha utilizado para resolver el problema de la pérdida de información en los agujeros negros al “codificar” la información en la superficie del horizonte de sucesos.
    Otra cosa es que el ruido que se ha medido corresponda a lo que ese señor dice. Se hace difícil de creer que haya una granularidad espacio-temporal (por muy holográfica que sea) de un tamaño sólo diez veces menor que el tamaño de un núcleo atómico y que no se haya detectado hasta ahora.
    Además el artículo se publicó hace meses y parece que no se ha oído nada más.
    El problema de estos interferómetros es precisamente la cantidad de ruido de todo tipo que detectan. Uno registraba los árboles que se talaban a kilómetros de distancia.

  4. JOrge:

    No sé mucho de física pero estas teorías tratando de poner la mecánica cuántica y la relatividad juntas me parecen tan terriblemente complicadas y alambicadas que me recuerdan las esferas de Tolomeo (destrozadas por Kepler) o las sofisticadas teorías del éter (destrozadas por Maxwell). La verdad las buenas teorías, las correctas, en física o en cualquier otra disciplina se caracterizan por su sencillez. Tal vez en unos años tengamos algo simple, tanto que digamos ¿cómo no se nos había ocurrido?

  5. lluís:

    La teoría del éter no fue “destrozada” por Maxwell. Inconsistencias en las ecuaciones de Maxwell condujeron paulatinamente a la formulación de la RE de Einstein o sea que el electromagnetismo clásico (de Maxwell) fué un precursor de la RE, pero fue Einstein el que sacando su espada relativista trinchó el éter. En cuanto a que una teoría sea sencilla, no tiene porque no implicar un cierto grado de complejidad; por sencillez más bien hay que entender que “cuatro números” permitan hacer unas cuantas predicciones. Precisamente, el problema número uno de la física es hallar una teoría que permita unificar las teorías de la Relatividad y las de la Mecánica cuántica.

  6. NeoFronteras:

    Como dice Lluís en realidad fue la idea maxwellina de las ondas electromagnéticas la que forzó la introducción del éter y no su eliminación, pues se asumía que las ondas necesitaban de un medio para propagarse.
    El éter empezó a morir realmente con el experimento de Michelson–Morley de 1887, por el que Michelson recibió el Nobel en 1907.

    En cuento a lo de sencillo o complejo depende del que opine. La cosa suele ser subjetiva. Para algunos la Relatividad y la Mecánica Cuántica son la mar de sencillas, pero no para la mayoría de la gente.

  7. Jose Ignacio:

    El ruido es por algo…

    El ruido de la radiacion de fondo que se recibia del espacio, ya sabemos lo que es, todo tiene una explicacion, incluso ese ruido. Lo puede generar los materiales que conforman el propio equipo o cualquier otra cosa. Pero tiene una explicacion.

    S2

  8. JOrge:

    …Como se les dije: No soy muy bueno en física.

    La relatividad general o la teoría cuántica no son “simples” en sus desarrollos matemáticos pero si en sus ideas básicas. Esa es la característica de las explicaciones adecuadas de la realidad. Cuando acumulas explicaciones alambicadas sobre “casos especiales” que no parecen encajar muy bien con tu teoría es cuando esta está en problemas. Habría que ver si discontinuidad del espacio tiempo a esas escalas corresponde mas bien a nuestra incapacidad para manejarnos a ese nivel con la teorías que tenemos que a un fenómeno real, como se dice en el articulo aún falta mucho para saberlo.
    Claro que sería emocionante si fuera cierto. Ya algunos escritores de ciencia ficción imaginan esa cualidad espumante del espacio tiempo para justificar la “energía del vacío” o el viaje hiperespacial .

  9. Alejandro Álvarez:

    Muy interesante el artículo. Para ampliar conocimientos leer el artículo “El por qué de las dimensiones extra” en el Blog Simbiotica (http://simbiotica.wordpress.com/). Saludos:
    Alejandro Álvarez

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