¿Cómo se puede unificar la teoría de la gravedad de Einstein con la mecánica cuántica? Es un desafío que podría darnos una visión profunda de fenómenos como los agujeros negros y el nacimiento del universo. Ahora, un nuevo artículo en Comunicaciones de la naturaleza,escrito por investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, y el MIT, EE. UU., presenta resultados que arrojan nueva luz sobre desafíos importantes en la comprensión de la gravedad cuántica.
Un gran desafío en la física teórica moderna es encontrar una 'teoría unificada' que pueda describir todas las leyes de la naturaleza dentro de un solo marco, conectando la teoría general de la relatividad de Einstein, que describe el universo a gran escala, y la mecánica cuántica, que describe nuestro mundo a nivel atómico. Tal teoría de la "gravedad cuántica" incluiría una descripción tanto macroscópica como microscópica de la naturaleza.
"Nos esforzamos por entender las leyes de la naturaleza y el lenguaje en el que están escritas son las matemáticas. Cuando buscamos respuestas a preguntas en física, a menudo también nos llevan a nuevos descubrimientos en matemáticas. Esta interacción es particularmente prominente en la búsquedapara la gravedad cuántica, donde es extremadamente difícil realizar experimentos", explica Daniel Persson, profesor del Departamento de Ciencias Matemáticas de la Universidad Tecnológica de Chalmers.
Un ejemplo de un fenómeno que requiere este tipo de descripción unificada son los agujeros negros. Un agujero negro se forma cuando una estrella lo suficientemente pesada se expande y colapsa bajo su propia fuerza gravitacional, de modo que toda su masa se concentra en un volumen extremadamente pequeño. ElLa descripción mecánica cuántica de los agujeros negros aún está en pañales, pero involucra matemáticas avanzadas espectaculares.
Un modelo simplificado para la gravedad cuántica
"El desafío es describir cómo surge la gravedad como un fenómeno 'emergente'. Así como los fenómenos cotidianos, como el flujo de un líquido, surgen de los movimientos caóticos de gotas individuales, queremos describir cómo surge la gravedad desistema mecánico cuántico a nivel microscópico", dice Robert Berman, profesor del Departamento de Ciencias Matemáticas de la Universidad Tecnológica de Chalmers.
En un artículo publicado recientemente en la revista Nature Communications, Daniel Persson y Robert Berman, junto con Tristan Collins del MIT en los EE. UU., mostraron cómo la gravedad emerge de un sistema mecánico cuántico especial, en un modelo simplificado para la gravedad cuántica llamado 'principio holográfico'.
"Usando técnicas de las matemáticas que he investigado antes, logramos formular una explicación de cómo surge la gravedad mediante el principio holográfico, de una manera más precisa que antes", explica Robert Berman.
Ondas de energía oscura
El nuevo artículo también puede ofrecer una nueva visión de la misteriosa energía oscura. En la teoría general de la relatividad de Einstein, la gravedad se describe como un fenómeno geométrico. Así como una cama recién hecha se curva bajo el peso de una persona, los objetos pesados pueden doblar la forma geométrica deel universo. Pero de acuerdo con la teoría de Einstein, incluso el espacio vacío, el "estado de vacío" del universo, tiene una rica estructura geométrica. Si pudiera acercarse y mirar este vacío a nivel microscópico, vería cuánticafluctuaciones u ondas mecánicas, conocidas como energía oscura. Es esta misteriosa forma de energía la que, desde una perspectiva más amplia, es responsable de la expansión acelerada del universo.
Este nuevo trabajo puede conducir a nuevos conocimientos sobre cómo y por qué surgen estas ondas mecánicas cuánticas microscópicas, así como la relación entre la teoría de la gravedad de Einstein y la mecánica cuántica, algo que ha eludido a los científicos durante décadas.
"Estos resultados abren la posibilidad de probar otros aspectos del principio holográfico, como la descripción microscópica de los agujeros negros. También esperamos poder utilizar estas nuevas conexiones en el futuro para abrir nuevos caminos en las matemáticas", dice Danielpersona.
El artículo científico, Geometría Sasaki-Einstein emergente y AdS/CFTestá publicado en Comunicaciones de la naturalezay está escrito por Robert Berman, Tristan Collins y Daniel Persson en la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, y el Instituto Tecnológico de Massachusetts, EE. UU.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Chalmers. Original escrito por Joshua Worth. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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