Una de las ideas recientes más influyentes en física teórica surgió de un artículo que ha acumulado la asombrosa cifra de 27.000 citas, y la cifra sigue aumentando.

Por CHARLIE WOOD-Quanta Magazine

El artículo aborda el misterio más famoso de la física teórica: el origen fundamental de la fuerza gravitacional. La idea es que se puede comprender la gravedad, que se manifiesta en nuestro universo como curvas en la estructura del espacio y el tiempo, sin conocer las reglas exactas de la gravedad y el espacio-tiempo. Las reglas mejor comprendidas de la teoría cuántica contienen implícitamente todos los secretos de la gravedad.

Para comprender lo que esto significa, consideremos dos conjuntos de reglas más conocidos: las del ajedrez y las damas. Imaginemos que cada partida de damas fuera secretamente equivalente a una partida de ajedrez. (Quizás dos piezas de damas juntas pueden representar un peón, mientras que un trío dispuesto de cierta manera corresponde a una torre, y así sucesivamente). Sabiendo esto, se podría ver una partida de damas y traducirla a una partida de ajedrez equivalente, y viceversa.

Las reglas del ajedrez no se esconden en las reglas de las damas. ¡Imagina la conspiración descabellada que se necesitaría para que eso fuera verdad! Pero ese es más o menos el tipo de conspiración con la que se topó el físico argentino-estadounidense Juan Maldacena en su artículo de 1997. Descubrió que los eventos que involucran un tipo de espacio-tiempo llamado espacio anti-de Sitter (AdS) son equivalentes a eventos que involucran partículas que se mueven a través de campos cuánticos en un entorno rígido desprovisto de gravedad. Como en la analogía del ajedrez y las damas, cualquier evento podría interpretarse de dos maneras equivalentes. Lo que parece un agujero negro en el espacio AdS, por ejemplo, corresponde a un plasma caliente y espeso de partículas en la teoría cuántica de campos. Esta última es un tipo llamado teoría conforme de campos (CFT), por lo que el descubrimiento de Maldacena se conoce como la correspondencia AdS/CFT .

AdS/CFT emocionó a muchos físicos teóricos al sugerir que podían jugar indirectamente a un juego que no entendían del todo (la gravedad) jugando a un juego que conocían mejor (la teoría cuántica de campos). Han dedicado casi tres décadas a desarrollar con entusiasmo el «diccionario» que les indica cómo traducir las piezas y movimientos de un lado a las piezas y movimientos correspondientes del otro.

Hay salvedades. Fundamentalmente, la forma del espacio-tiempo AdS es, en cierto sentido, opuesta a la forma del espacio-tiempo en el que vivimos. Esto lleva a los físicos a preguntarse qué lecciones, si las hay, aprendidas de la correspondencia AdS/CFT se aplicarán a nuestro mundo. Algunos físicos esperan que todos los tipos de espacio-tiempo funcionen de la misma manera, y que alguna teoría cuántica aún no descubierta les permita sortear la gravedad también en nuestro mundo. Mientras tanto, utilizan AdS/CFT como una especie de guía práctica. Les indica respuestas y técnicas prometedoras que funcionan en el espacio AdS, que luego pueden intentar transferir a contextos más realistas.

Novedades y aspectos destacables.

La correspondencia AdS/CFT no surgió de la nada. Es el ejemplo más concreto de una propiedad más general de la gravedad que los físicos habían reflexionado durante años, conocida como el principio holográfico. El espacio-tiempo AdS es como un volumen, mientras que las partículas cuánticas correspondientes del CFT viven en la superficie que rodea ese volumen. Por lo tanto, el juego cuántico tiene una dimensión menos que el juego de la gravedad, como si el juego de damas no ocultara un ajedrez normal, sino la versión 3D del ajedrez de Star Trek . Esta situación se asemeja a un holograma, donde una imagen 3D se proyecta desde una superficie 2D. Los primeros indicios de que la gravedad y el espacio-tiempo podrían tener esta naturaleza holográfica surgieron del trabajo de Stephen Hawking sobre los agujeros negros en la década de 1970.

La holografía ha cerrado recientemente el círculo, ayudando a aclarar un misterio con el que Hawking lidió toda su vida: ¿Qué sucede con las cosas que caen en un agujero negro? ¿Sobrevive en una forma irremediablemente revuelta, como un libro quemado transformado en calor, humo y luz? ¿O está literalmente borrado del universo? Los partidarios de AdS/CFT llevan mucho tiempo argumentando que el contenido de un agujero negro en el espacio AdS debe sobrevivir, ya que el lado cuántico equivalente de la correspondencia no tiene forma de borrar la información. Hace unos años, una serie de avances tomaron conocimientos de AdS/CFT y los generalizaron, descubriendo que la información, de hecho, también sobrevive a los agujeros negros en espacio-tiempos realistas. Y más recientemente, los físicos han utilizado herramientas holográficas para acercarse a la comprensión de lo que sucede en las profundidades de los agujeros negros.

La holografía, en forma de AdS/CFT y en otras formas, se ha extendido a otras áreas de la física. Siempre que se tiene un sistema cuántico, se puede relacionar con un sistema gravitacional, lo que puede ofrecer información. De esta manera, los físicos han utilizado la holografía para intentar comprender materiales exóticos llamados metales extraños. Yendo en la otra dirección, los experimentalistas están probando colecciones de partículas cuánticas que esperan que algún día puedan responder preguntas sobre un espacio-tiempo equivalente. Pero todos estos esfuerzos son ejercicios de preparación para el objetivo final: una explicación de nuestro universo y su origen. Algunos grupos han dado pasos pequeños hacia un modelo holográfico del espacio-tiempo real, pero el futuro de ese esfuerzo sigue siendo incierto.