‘Sobre el origen del Tiempo’
Por Thomas Hertog
Hay momentos cruciales en la ciencia en los que, nos guste o no, las consideraciones metafísicas pasan a primer plano. En estas bifurcaciones del camino aprendemos algo profundo, no sólo sobre cómo funciona la naturaleza, sino también sobre las condiciones que hacen posible nuestra práctica de la ciencia. la ciencia es posible y valiosa, y sobre la visión del mundo que puede nacer de nuestros descubrimientos.
Los esfuerzos de la física por comprender qué hace que el universo sea ideal para la vida nos ha llevado a una de esas bifurcaciones. En esencia, es una cuestión humanista que trasciende la ciencia, ya que trata de nuestros orígenes. La teoría final del universo de Stephen contiene el núcleo de una reflexión extraordinariamente poderosa sobre lo que significa ser humano en este cosmos biofílico, como custodios del planeta Tierra. . Aunque sólo sea por eso, podría acabar siendo su mayor legado científico.
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tiempo sin tiempo
El primer obstáculo para aplicar la holografía a la cosmología es que no vivimos en un mundo de bola de nieve anti-De Sitter, sino en un universo en expansión que se parece más al espacio de De Sitter. Desde un punto de vista clásico, AdS y su opuesto De Sitter tienen propiedades muy diferentes. La curvatura negativa del espacio AdS crea un campo gravitacional que impulsa los objetos entre sí, hacia el centro del espacio. En cambio, la curvatura positiva de un universo de De Sitter en expansión hace que todo repele todo lo demás. Esta diferencia se remonta al signo de λ, la constante cosmológica, que es el término de energía oscura en la ecuación de Einstein. Un universo como el nuestro tiene un λ positivo, lo que hace que se expanda, mientras que el espacio AdS tiene un λ negativo, lo que genera una atracción adicional. Es más, a diferencia de AdS, es posible que los universos en expansión ni siquiera tengan una superficie límite que pueda acomodar un holograma. Algunos universos en expansión son versiones hiperesféricas y tridimensionales de una esfera. Las hiperesferas no tienen un límite donde podamos codificar lo que sucede en su interior. Por lo tanto, Parece prácticamente imposible conseguir algo como la dualidad holográfica de Maldacena.
Pero ¿qué pasa si abandonamos el pensamiento clásico y adoptamos, en cambio, un punto de vista semiclásico? ¿Qué pasa si pensamos en AdS y su opuesto en tiempo imaginario? Después de todo, la principal motivación para desarrollar una cosmología holográfica es comprender mejor el comportamiento cuántico del universo, y Stephen había sostenido durante mucho tiempo que las geometrías con cuatro dimensiones espaciales capturaban sus propiedades cuánticas. Éste fue el aspecto crucial de su enfoque euclidiano de la gravedad cuántica. El origen ilimitado del universo se encuentra en el centro del disco, donde el tiempo se ha metamorfoseado en espacio. El universo actual corresponde al límite circular. Si pudiéramos dibujar las cuatro grandes dimensiones, el límite circular unidimensional en la Figura 57 sería una hiperesfera, es decir, la superficie tridimensional en el espacio-tiempo de cuatro dimensiones en la que están todos nuestros poderes. más o menos, confinado. observaciones del universo. Podemos ver que, en esta proyección plana, la expansión significa que la mayor parte del volumen del espacio-tiempo que constituye nuestro pasado está comprimido hacia el borde del disco. En consecuencia, la gran mayoría de estrellas y galaxias se concentran cerca de la superficie fronteriza. ¿Eso no nos recuerda algo? ¡Por supuesto! Si reemplazamos estrellas y galaxias con ángeles y demonios, el disco de la figura 57 se transforma fácilmente en la proyección escheresca del espacio AdS.
Ésta era justo la conexión que Stephen estaba buscando. El espacio publicitario clásico no se parece en nada a un universo en expansión. Pero desde una perspectiva semiclásica, pasando al tiempo imaginario, vemos que ambas formas de espacio están, de hecho, estrechamente relacionadas. Semiclásico, tanto AdS como su opuesto De Sitter pueden imaginarse como discos escherescos, con la mayor parte de su volumen interior apiñado cerca de una superficie límite esférica. En cierto sentido, razonó Stephen, el pensamiento semiclásico sobre la gravedad y el espacio-tiempo unifica el AdS y su opuesto. «Es como si el signo de λ no tuviera significado real en el campo de la gravedad cuántica».
Esta idea allanó el camino para una dualidad holográfica dS-QFT. De manera similar a lo que sucede en AdS, la superficie circular de la Figura 57 alberga naturalmente una descripción holográfica de la frontera de un universo en expansión. Dadas las similitudes, los campos duales y las partículas que viven en esta superficie pueden, de hecho, compartir bastantes propiedades con las de los hologramas. Los físicos están trabajando para intentar comprender cómo, al ajustar las características de los mundos holográficos de la superficie, pueden generar un espacio AdS sin vida o un universo inflado que dé lugar a galaxias y vida. Después de todo, puede que haya un límite”, bromeó Stephen.
La principal diferencia entre los hologramas que reflejan interiores de espacios AdS y los de universos inflados radica en la naturaleza de la dimensión adicional que emerge. En el primer caso, la dirección emergente es una dimensión curva del espacio; es la profundidad interior del AdS. En el caso de un universo en expansión, lo que emerge es la dimensión temporal. Es decir, la historia misma está cifrada holográficamente. ¡Este podría convertirse en el artículo más sorprendente de todo el diccionario holográfico!
Esto puede parecer extravagante. Sin embargo, la noción de que el tiempo y la expansión cosmológica son cualidades emergentes del universo es la consecuencia natural de la serie de perspectivas que hemos encontrado en nuestro viaje. Cuando Georges Lemaître propuso por primera vez la idea de un origen cuántico, ya estaba considerando la posibilidad de que el tiempo pudiera ser emergente: “El tiempo sólo comenzaría a tener un significado sensible cuando el cuanto original se hubiera dividido en un número bastante grande de cuantos. .” ”. Cincuenta años después, la descripción ilimitada de Jim y Stephen corroboró la intuición de Lemaître con su idea de que el tiempo se transforma en espacio a medida que nos acercamos al principio. La encarnación holográfica de su teoría, ilustrada en la Figura 57, nos lleva aún más lejos, al estado atemporal. Al incorporar la gravedad y la evolución cosmológica en una multitud de interacciones cuánticas confinadas a una superficie tridimensional, la holografía prescinde por completo de una noción previa del tiempo. En un universo holográfico, el tiempo sería, en cierto sentido, ilusorio. Esto hace que la propuesta original sin límites parezca bastante conservadora.
Éste ha sido un viaje extraordinario, desde el tiempo absoluto de Newton hasta el tiempo atemporal. Pensar en el paso del tiempo como una proyección holográfica todavía produce una sensación extraña, incluso para los físicos teóricos. Tengo la sensación de que pasarán muchos años antes de que los físicos puedan descifrar el tipo de holograma que codifica las historias de expansión inestable de los universos vacilantes. como el nuestro. Innumerables sutilezas matemáticas intrincadas, todas ellas muy interesantes por derecho propio, mantendrán ocupados a los físicos durante mucho tiempo. No debemos esperar que, algún día cercano, la holografía nos obligue a reescribir los libros de texto de cosmología estándar. Esto es especialmente cierto porque el lenguaje geométrico de Einstein funciona perfectamente bien como forma de describir la mayor parte del universo a gran escala. Por otro lado, podemos esperar que la holografía adquiera extrema importancia allí donde falla la teoría de Einstein: dentro de los agujeros negros y, especialmente, en el Big Bang. Después de todo, ésta es la naturaleza (y el poder) de las dualidades holográficas. Una posibilidad interesante en particular es que los fundamentos holográficos de la expansión fueron de crucial importancia durante la inflación y que futuras observaciones de ondas gravitacionales puedan detectar rastros sutiles de esto en las fluctuaciones del fondo de microondas. ¡El tiempo dirá!
A nivel conceptual, la holografía sella el enfoque de arriba hacia abajo de la cosmología. El postulado central de la cosmología holográfica (que el pasado se proyecta desde una red de partículas cuánticas entrelazadas que forman un holograma de dimensiones inferiores) implica una visión del universo de arriba hacia abajo. Si, como postula la cosmología holográfica, la superficie de nuestras observaciones es, en cierto sentido, todo lo que hay, esto presupone trabajar hacia atrás en el tiempo, que es el sello distintivo de la cosmología de arriba hacia abajo.
La holografía nos dice que hay una entidad más básica que el tiempo (un holograma) de la que emerge el pasado. El universo en evolución y expansión sería una consecuencia, no una causa, en un universo holográfico.
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La holografía pinta un universo que se crea continuamente. Es como si hubiera un código que, operando sobre innumerables qubits entrelazados, engendrara la realidad física, y esto es lo que percibimos como el flujo del tiempo. En este sentido, la holografía sitúa el verdadero origen del universo en un futuro lejano, porque sólo ese futuro revelaría el holograma en todo su esplendor.
¿Y qué pasa con el pasado lejano? ¿Cómo concibe una cosmología atemporal los orígenes del tiempo? Supongamos que los teóricos del mañana identifican el holograma que corresponde a nuestro universo en expansión y nos proponemos leerlo, con el diccionario AdS-QFT en la mano, viajando en el tiempo. ¿Qué encontraríamos detrás de todo, en el fondo del espacio-tiempo? ?
Para aventurarse en el pasado en la cosmología holográfica, se adopta algo así como un punto de vista borroso sobre el holograma. Es como retroceder. Recordemos que, en la dualidad Maldacena, para avanzar hacia el interior del AdS debemos considerar escalas mayores en el holograma de superficie. Los objetos ubicados en el centro del AdS están codificados holográficamente como correlaciones de largo alcance a lo largo de todo el holograma.
Asimismo, un holograma de un universo en expansión inscribe el pasado distante en qubits que abarcan enormes distancias en la superficie que alberga el mundo. Nos remontamos más hacia el pasado (hacia el centro del disco en la Figura 57), eliminando capa tras capa de información en el holograma, hasta que solo nos quedan unos pocos qubits distantesmente entrelazados. Desde un punto de vista holográfico, los primeros momentos en el universo son, sin duda, los más extraños. De hecho, al final nos quedamos sin bits entrelazados.
Este sería el origen del tiempo.
ESPECIAL Claves del Tiempo, en WMagazín
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