El físico teórico de hoy en día se enfrenta a una ardua subida cuesta arriba.
"A medida que aprendemos más, la realidad se vuelve cada vez más sutil; lo absoluto se vuelve relativo, lo fijo se vuelve dinámico, lo definitivo está cargado de incertidumbre", escribe el físico Yasha Neiman.
Profesor y jefe de la Unidad de Gravedad Cuántica de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, lidia con este enigma diariamente. La gravedad cuántica, la rama de la física de Neiman, tiene como objetivo unificar la mecánica cuántica, quedescribe la naturaleza a escala de átomos y partículas subatómicas, con la teoría de la relatividad general de Einstein, la teoría moderna de la gravitación como curvatura del espacio y el tiempo. ¿Cómo, pregunta, pueden los físicos escribir ecuaciones cuando la geometría del espacio se somete a la cuántica?incertidumbre La gravedad cuántica, la frontera actual en la teoría fundamental, ha demostrado ser más difícil de desenredar que los conceptos anteriores, según Neiman.
"Con el concepto de espacio deslizándose entre nuestros dedos, buscamos puntos de apoyo alternativos en los que basar nuestra descripción del mundo", escribe.
Esta búsqueda de puntos de apoyo alternativos es, en esencia, una búsqueda de un nuevo lenguaje para describir la realidad, y es el tema de su trabajo más reciente, publicado en el Revista de Física de Alta Energía . En el documento, Neiman propone un nuevo punto de vista sobre la geometría del espacio y el tiempo, uno que se basa en enfoques bien establecidos en física, como la holografía y la teoría de los torsores, para llegar a un nuevo terreno.
La holografía es una rama de la teoría de cuerdas, la teoría de que el Universo está formado por objetos unidimensionales llamados cuerdas, que se desarrolló a fines de la década de 1990. La holografía imagina los extremos del Universo como la superficie de un infinitamente grandeesfera que forma el límite del espacio. Incluso cuando la geometría fluctúa dentro de esta esfera, este "límite en el infinito" en la superficie de la esfera puede permanecer fijo.
Durante los últimos 20 años, la holografía ha sido una herramienta invaluable para realizar experimentos de pensamiento de gravedad cuántica. Sin embargo, las observaciones astronómicas han demostrado que este enfoque no puede aplicarse realmente a nuestro mundo.
"La expansión acelerada de nuestro Universo y la velocidad finita de la luz conspiran para limitar todas las observaciones posibles, presentes o futuras, a una región del espacio finita, aunque muy grande", escribe Neiman.
En un mundo así, el límite en el infinito, donde se basa la imagen holográfica del Universo, ya no es físicamente significativo. Puede ser necesario un nuevo marco de referencia, uno que no intente encontrar una superficie fija en el espacio, pero que deja el espacio completamente atrás.
En la década de 1960, en un intento por comprender la gravedad cuántica, el físico Roger Penrose propuso una alternativa tan radical. En la teoría de los twistores de Penrose, los puntos geométricos son reemplazados por torsores, entidades que se parecen más a las formas estiradas, como rayos de luz.Penrose descubrió una forma altamente eficiente de representar los campos que viajan a la velocidad de la luz, como los campos electromagnéticos y gravitacionales. Sin embargo, la realidad se compone de más que campos, también es necesario tener en cuenta las interacciones entre ellos., como la fuerza eléctrica entre cargas o, en el caso más complicado de la relatividad general, la atracción gravitacional resultante de la energía del campo en sí. Sin embargo, incluir las interacciones de la relatividad general en esta imagen ha demostrado ser una tarea formidable.
Entonces, ¿podemos expresar en lenguaje twistor una teoría gravitacional cuántica completa, quizás más simple que la Relatividad General, pero teniendo en cuenta tanto los campos como las interacciones? Sí, según Neiman.
El modelo de Neiman se basa en una mayor gravedad de rotación, un modelo desarrollado por Mikhail Vasiliev en las décadas de 1980 y 1990. La gravedad de rotación superior puede considerarse como el "primo más pequeño" de la teoría de cuerdas, "demasiado simple para reproducir la relatividad general, pero muy instructivocomo un patio de recreo para las ideas ", como lo expresa Neiman. En particular, es perfectamente adecuado para explorar posibles puentes entre la holografía y la teoría de los torsores".
Por un lado, como lo descubrieron Igor Klebanov y Alexander Polyakov en 2001, una gravedad de giro más alta, al igual que la teoría de cuerdas, se puede describir holográficamente: su comportamiento dentro del espacio se puede capturar completamente en términos de un límite en el infinito. Por otro ladoPor otro lado, sus ecuaciones contienen variables de tipo twistor, incluso si todavía están vinculadas a puntos particulares en el espacio ordinario.
A partir de estos puntos de partida, el artículo de Neiman da un paso adicional, al construir un diccionario matemático que une los idiomas de la holografía y la teoría de los torsores.
"Las matemáticas subyacentes que hacen que esta historia funcione son las raíces cuadradas", escribe Neiman. "Se trata de identificar formas sutiles en las que una operación geométrica, como una rotación o reflexión, se puede hacer 'a medio camino'. Un cuadrado inteligentela raíz es como encontrar una grieta en una pared sólida, abrirla en dos y revelar un mundo nuevo "
El uso de raíces cuadradas de esta manera tiene una larga historia en matemáticas y física. De hecho, la forma intrínseca de todas las partículas de materia, como electrones y quarks, así como los torsores, se describe por una raíz cuadrada dedirecciones ordinarias en el espacio. En un sentido técnico sutil, el método de Neiman para conectar el espacio, su límite en el infinito y el espacio de torsión, se reduce a tomar una raíz cuadrada nuevamente.
Neiman espera que su prueba de concepto pueda allanar el camino hacia una teoría cuántica de la gravedad que no se base en un límite en el infinito.
"Se necesitará mucha creatividad para descubrir el código del mundo", dice Neiman. "Y hay alegría en buscarlo".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Original escrito por Pola Lem. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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