El Universo no tiene por qué ser un holograma

universo holograma

El pasado 4 de enero, un grupo de científicos de Reino Unido, Canadá e Italia, publicaron un documento en el que mostraban la primera evidencia observacional que indica que nuestro Universo podría ser un inmenso holograma.

Estos físicos y astrofísicos encontraron mientras estudiaban las irregularidades de la radiación cósmica de fondo, que hay pruebas que apoyan una explicación holográfica del universo, aunque no explica estas irregularidades mejor que otras teorías, como la de la inflación cósmica.

Como no podía ser de otra manera, este estudio fue considerado por muchos como la prueba de que vivimos en una matrix holográfica, siendo nuestra realidad programada por una entidad superior (un Dios). Se me hace especialmente gracioso cuando veo hablar de Dios a un conocido comunista que tiene un videoblog de éxito en youtube, pero supongo que no se puede ser coherente las 24 horas del día.

Pero tratemos de entender un poco en qué consiste esta teoría. No os asustéis. No voy a incluir complejas fórmulas que no entendería ni yo. Solo voy a explicaros el modelo tal como lo entiendo.

Aunque este tema se ha puesto de actualidad recientemente, la idea del Universo holográfico empezó a estudiarse en la década de los años 90. Según este principio, la información contenida en un volumen de tres dimensiones + el tiempo, estaría codificado en la superficie de dos dimensiones que lo contiene.

Este principio se inspiró en la termodinámica de los agujeros negros, cuya entropía (podríamos asemejarla a la información del sistema) está limitada por el área de la superficie de su horizonte de sucesos. Si ese horizonte de sucesos es una esfera, podríamos pensar que esa entropía dependería del volumen contenido, pero no. Depende del área que lo delimita. Depende del cuadrado del radio, en vez del cubo (una dimensión menos).

¿Qué pasa cuando algo cae dentro del agujero negro? ¿Qué pasa con la entropía que aporta esa objeto? Imaginad que lo que es atraído por el agujero negro sea una nave espacial. Podríamos pensar que la nave colapsaría y desaparecería para siempre. Pero según esta conjetura del universo holográfico, los matemáticos han teorizado otra posible alternativa al colapso. A medida que la nave se introduce en el agujero negro, toda la información de sus partículas se esparce y almacena en la superficie del horizonte de sucesos. Por lo tanto, una “copia” bidimensional de esa nave quedaría codificada en una superficie holográfica que rodearía el agujero negro.

Escalando este mismo concepto al universo entero, toda la información contenida dentro de su límite exterior podría ser una proyección tridimensional de la información codificada en la superficie que lo delimita.

Es una explicación rara donde las haya, pero tiene justificación matemática, aunque este modelo no termina de explicar todos los casos.

La holografía es una alternativa a la manera como se concibe la estructura y la creación del universo. La teoría de la relatividad general de Einstein explica bien el comportamiento del Universo a gran escala, pero falla a la hora de explicarlo a nivel cuántico. Los científicos han estado trabajando durante décadas para combinar la teoría de la gravedad de Einstein y la teoría cuántica. Hay quien tiene esperanzas en que el concepto de un universo holográfico pueda conciliar ambas, aunque esta línea no es la única que se está siguiendo para conseguirlo.

Y en cualquier caso, si admitiésemos la validez de esta conjetura del Universo holográfico, no aportaría ningún cambio sobre un presunto creador o Dios. Da igual que lo que haya creado en 7 días sea el Universo, o el holograma que lo proyecta. El efecto es el mismo.

  • @ KBM:

    Quien se autodenomina inteligente, indica lo contrario; quien dice ‘creo’, pues esto: cree (en la trama que otros han urdido para formar una creencia).

    Confundes esta entrada con una encuesta. Pues estás equivocado.

  • Entonces, si vivimos en un holograma y todo es creación de nuestra mente…
    ¿me puedo pegar un revolcón con mi vecina y no va a pasar nada? :nose:

  • Tobaga dijo:

    Entonces, si vivimos en un holograma y todo es creación de nuestra mente…
    ¿me puedo pegar un revolcón con mi vecina y no va a pasar nada?

    Como cruzar la calle sin mirar el tránsito, y tantas otras cosas; “todo es ilusión”. :-D

  • Tobaga dijo:

    Entonces, si vivimos en un holograma y todo es creación de nuestra mente…
    ¿me puedo pegar un revolcón con mi vecina y no va a pasar nada?

    Hombre, ya que te vas a pegar el revolcón, al menos que pase algo :silba:

  • @ Amildao:
    Claro que si haz eso y verás lo que pasa a mi me atropello un autobús por hacer eso

  • Stripped dijo:

    Hombre, ya que te vas a pegar el revolcón, al menos que pase algo

    Algo así, no. :miedo:

  • KBM dijo:

    Soy inteligente y también creo en Dios fuente de esta gran inspiración llamada universo sin tiempo ni edad, sin límites, sin imperfección.

    [editado por admin]
    El Universo tiene edad, tiene limites. Y visto las criaturas que lo habitan, se puede afirmar que es bastante imperfecto… aunque a traves de la evolucion, quizas algun eon de estos, consiga perfeccionarse.
    Lo tuyo es fe sin base matematica, es logica sin sentido, inteligencia sin fundamento.
    PD: Abre los ojos y deja de predicar.

  • El Universo no es un holograma. Es una estructura viviente, cuyo funcionamiento y arquitectura es indescifrable e incomprensible para cualquier forma de vida basada en el carbono…
    Vuestros primarios procesadores organicos, son muy limitados. Dejad de especular.

  • Saludos.

    Venga, una explicación sencilla del asunto holográfico para los interesados:

    http://www.dummies.com/education/science/physics/string-theory-insight-from-the-holographic-principle/

    Para algo más ajustado al tema, véase el post de @Nicolás en la página 480 del off-topic (no me apaño para poner un enlace que apunte directamente al post, pero si alguien sabe cómo hacer esto, agradeceré las indicaciones):

    De lo que habla el artículo es de que, supuestamente, se han encontrado nuevos resultados que están a favor de la conjetura de Maldacena. Lo que la conjetura de Maldacena dice es que una teoría de campos en un espacio plano (de Minkowski [1]) se corresponde con una teoría de cuerdas en la frontera de un espacio anti-de Sitter (AdS_5xS_5) [2] de dimensión 5, en el límite de bajas energías (bajas energías para cuerdas, es alta energía respecto de las teorías de campos, y muy muy alta energía respecto de las energías que se manejan en lo experimentos).

    Muy a vuelo de Nazgul, lo que quiere decir esto es que si se hace un aproximación a segundo orden de la acción de un campo de gauge [3] en la teoría de cuerdas (en AdS_5xS_5), se obtiene la acción que corresponde al campo de gauge en una teoría de campos en el espacio plano de toda la vida (Yang-Mills [4]). ¿Qué tiene que ver esto con el principio holográfico? Que la conjetura implica que una teoría en un espacio de dimensión 5 en realidad puede verse como otra teoría definida en la frontera de dicho espacio. Dicho de otra manera, para saber lo que pasa en el volumen, alcanza con mirar la superficie.

    Por supuesto, siempre hay que tener en cuenta que esto es una conjetura, que tiene muy buena pinta, pero una conjetura en fin. Todavía quedan muchas cosas que la gente no entiende, y que son de importancia. Como sea, con esto creo que ya vas a saber por dónde buscar para tratar de entender de qué va la cosa.

    [2] http://en.wikipedia.org/wiki/Anti-de_Sitter_space
    [1] http://es.wikipedia.org/wiki/Espacio-tiempo_de_Minkowski
    [3] http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_campo_de_gauge#Lagrangiano_de_una_teor.C3.ADa_gauge
    [4] http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_de_Yang-Mills

  • Y ya puestos, recordar también el de @Someone sobre este mismo asunto en la página 481 de este mismo off-topic:

    Someone
    13/12/13 16:13
    Bueno, voy a intentar explicar lo que es la holografía lo más para dummies que pueda (aunque tanto MaGaO como Nicolás ya me han allanado un poco el camino).

    Comencemos hablando de la idea de holografía original, la propuesta por Maldacena en el que es el artículo más citado de los últimos tiempos en física (sin exagerar, donde “los últimos tiempos” son los últimos 20-30 años). Pero para entender lo que ocurre retrocedemos a mediados de los años 70 y Hawking.

    Si es necesario, luego explico un poco lo que motiva los resultados de Hawking (sobre todo el menos conocido efecto Unruh), pero de momento vamos a lo que vamos: los agujeros negros emiten radiación con una temperatura determinada. La termodinámica nos dice que donde hay temperatura, hay entropía. Y la entropía de un agujero negro es S=(K_B c^3 A)/(4 G hbar) (donde K_B es la constante de Boltzman, c es la velocidad de la luz, A es el área del agujero negro, G es la constante de Newton y hbar es la constante reducida de Planck).

    Que la entropía depende de la superficie y no del volumen del sistema tiene bastantes implicaciones. No voy a dedicarle tiempo a ellas, solo a la más importante de ellas y que nos lleva a la idea de holografía: que la entropía dependa del volumen implica que los grados de libertad (es decir, el conjunto de los posibles movimientos que puede hacer el sistema) están distribuidos por todo el sistema, ya que la entropía cuenta el logaritmo del número de microestados (el número de posibles configuraciones microscópicas, de ahí su relación con el número de grados de libertad. Ver la definición de entropía de Boltzman para más información); sin embargo, al ser proporcional a la superficie, es como si los grados de libertad solo estuvieran en la superficie del agujero negro.

    Notar, por cierto, que el análisis de Hawking es simplemente una aproximación semiclásica al problema (es decir, medio cuántica, medio clásica; aunque pueda sonar un poco chapucero, es algo que normalmente es sencillo de hacer y nos da un resultado decente en un rango más o menos macroscópico). Sin embargo, es un resultado que queda ahí y que deja plantada la semilla de “¿y si solo nos interesa la superficie y no todo el sistema?”.

    Con esto, llegamos al año 1997 (noviembre), cuando Maldacena publica su famoso “The Large N Limit of Superconformal Field Theories and Supergravity”. La idea es la siguiente: tomemos una teoría de cuerdas, en la teoría de cuerdas, aunque sea irónico, existen más cosas a parte de las cuerdas. En concreto me interesan unas cosas llamadas p-Branas; estos objetos son, como su nombre indica (nombre que viene de mem-brana, desde luego los físicos somos de todo menos ingeniosos) son objetos que ocupan p dimensiones del espacio (de la misma manera que una hoja de papel infinita ocuparía dos dimensiones de las tres a las que estamos acostumbrados). Existe un caso en particular (D3-brana en teoría de cuerdas tipo IIB, pero eso nos interesa), en la que podemos estudiar dos límites distintos (no me voy a meter en cuales). En un límite nos encontramos que se reduce a solo tener una teoría de Yang-Mills (es decir, una teoría de interacciones, como son la interacción fuerte o el electromagnetismo, solo que más complicada). En otro límite nos encontramos con una teoría de gravedad (en concreto, una teoría de supergravedad). Que obtengamos estas dos teorías como límites distintos de la misma cosa implicaría que ambas son equivalentes.

    Sé que ya os he perdido a todos (excepto a Nicolás, que entiende de esto), pero vamos a intentar explicar lo que quería decir Maldacena:
    Una teoría concreta de Yang-Mills en cuatro dimensiones y sin gravedad es equivalente a una teoría de gravedad en cinco dimensiones en un espacio concreto. Todos los cálculos que podamos hacer en la teoría gravitatoria tiene su contrapartida en cálculos que podemos hacer en la teoría de Yang-Mills (una teoría de campos).

    Maldacena es una persona bastante inteligente, pero su artículo tenía dos problemas: 1. Maldacena se explica como un libro cerrado y 2. Lo suyo es simplemente una propuesta basada en el argumento que he reproducido allí arriba, no da una demostración formal.
    El primer problema se arregló con un artículo de febrero de 1998, de Edward Witten, que desarrolla y explica algunas de las cosas que expone Maldacena. El segundo problema todavía no está solucionado, es posible comparar cantidades más o menos sencillas de calcular en ambas teorías, pero todavía no hay una demostración que diga “todo lo calculado en un lado y en otro ha de salir igual”.

    Hoy en día, la investigación en holografía va encaminada hacia dos senderos distintos: 1. Intentar demostrarla para el caso más sencillo, el de AdS_5/CFT_4 del que ha hablado Nicolás. 2. Generalizar la holografía a otras teorías, de ahí salen cosas como AdS/CMT (aplicaciones a materia condensada, de ahí el CMT) o intentos de encontrar la teoría gravitatoria dual a la interacción fuerte.

    Esto es más o menos un bosquejo de lo que es la holografía. Todavía habría mucho más que decir. Puedo entrar un poco más en la descripción de AdS/CFT; intentar aclarar todo lo que no ha quedado claro de lo que he explicado (que me imagino que no será mucho); o comentar algunas cosas de las que se están haciendo últimamente.

  • @ Doc Halliday: muy buena simplificacion !! hace poquito termine de leer dos libros de B. Green y estaba tratando de compatibilizar eso con la conjetura de Maldacena, este resumen a “vuelo de Nazgul” me ayuda a visualizar mejor el concepto.

    Una teoria para gobernarlas a todas

  • Esto no quiere decir que el universo es un holograma en si, sino que es un modelo matemático para poder resolver algunos cuestionamientos que no se pueden resolver con modelos ya existentes como los nombrados en el articulo (teoría de la relatividad etc.) esta teoría esta mas asociada a la teoría de la información y se entiende que teniendo información de un lugar se puede llegar a la información macro ya que todo esta compuesto por lo mismo ejem. las computadoras y su sistema binario comprendes los 1 y 0 y tienes todo lo demás.

  • @ ne.lson:

    Saludos.

    De momento estamos teorizando y habrá que esperar a las confirmaciones experimentales para poder decidir acerca de este y otros temas. Tenemos, entre otras cosas, pendiente resolver algunas perplejidades y desbrozar bastante antes de tener un modelado teórico-matemático suficiente que explique suficientemente, suficiente número de cosas.

    Esto se parece un poco a la búsqueda del santo grial, de esa teoría capaz de explicarlo todo, incluyendo esta conversación. Pero cabe recordar que la existencia de un instrumento matemático (probablemente mítico) que nos permita ver a través de todas las cosas, resultaría inútil por ese mismo motivo: no podríamos ver nada en concreto.

  • Personalmente, y en relación al último párrafo de Doc, soy pesimista en cuanto a que el ser humano pueda llegar a conocer las verdades últimas del Universo.

    Es asombroso lo que la mente humana ha conseguido y, estoy seguro, de que todavía quedan multitud de avances que las siguientes generaciones verán (si no la cagamos antes, claro), pero no puedo dejar de pensar que el cerebro humano y su inteligencia son, ni más ni menos, que el cerebro de un mono algo más listo que el resto.

    La evolución nos ha dotado de la capacidad de inquirir, de razonar, de sacar conclusiones, de la imaginación, de la creatividad… pero dudo de que unos señores (nosotros), que estamos sólo un escalón por delante de los bonobos, tengamos las herramientas necesarias para el conocimiento último (si es que éste fuera posible, se tengan las herramientas que se tengan, como bien apunta Doc)

    En cualquier caso, el cielo es la meta. Me gusta más pensar que lo que nos hace humanos no es tanto lo que llegamos a saber, sino el camino que hemos tomado para ello.

  • Freston dijo:

    Personalmente, y en relación al último párrafo de Doc, soy pesimista en cuanto a que el ser humano pueda llegar a conocer las verdades últimas del Universo.

    Hombre, a fuerza de ser sensatos, la primera pregunta es ¿Por qué tendríamos que ser nosotros los que lo descubriéramos?.

    Probablemente, como tu señalas, puede que nuestra mente no sea el instrumento adecuado para alcanzar ese conocimiento (si es que existe una “Teoría del todo” posible). Y tan probablemente también, el misterio no se acabará jamás.

    Puede ser que el nuestro sea un acercamiento asintótico a este “santo grial” es decir que puede que nos acerquemos infinitamente a él…pero sin llegar a alcanzarlo. Puede que la profundidad sea insondable y por más que aprendamos sobre el universo, siempre nos quede más por saber.

    De momento estamos todavía en otras cosas. La “ecuación universal” que resuma y explique lo que el universo es, y todo cuanto contiene, de momento cae fuera de nuestro alcance y creo que así seguirá en lo futuro, hasta vaya usted a saber cuando.

    De todos modos, para los que, como a mí, os parezca que la verdad es la suma de todos los relatos, ahí tenéis a Borges:

    http://www.mundolatino.org/cultura/borges/borges_5.htm

  • @ Doc Halliday:
    Soy un absoluto fan de Borges (aunque reconozco que su poesía melancólico-porteña me aburre un poco), especialmente de sus relatos.

    La Casa de Asterión me impactó cuando la leí, me parece absolutamente magistral. En el Aleph y otros relatos Borges sobrevuela la idea del conocimiento total, de los archivos y bibliotecas infinitos. Es una auténtica maravilla.

    Otra gran obra que es imposible de entender completamente sin haber leído a Borges, como es El Nombre de la Rosa, trata como uno de sus temas, precisamente, esto de lo que hablamos: la capacidad de conocer las causas últimas a través del intelecto y, en cierto modo, cómo el escepticismo y la lógica científica se pueden (y deben usar) para derribar los misticismos y supersticiones.

    Esto último lo he puesto, sobretodo, para no caer de lleno en el off-topic, pero es que Borges me pierde.
    :-D

  • @ Doc Halliday:

    La “ecuación universal” que resuma y explique lo que el universo es

    Siento decepcionarte un poco, pero una ecuación que describa perfectamente la teoría unificada microscópica definitiva no tiene porque explicar todo en el universo. Bueno, sí, pero es un poco más complicado que eso.

    Con esto me refiero a la cuestión de los fenómenos emergentes. ¿Qué es esto? Comportamientos que uno no esperarían simplemente viendo como se comportan los elementos de forma separada (parafraseando a Aristóteles: “El todo es más que la suma de sus partes”). Ya…. Todavía no me explico…. Veamos un ejemplo: Conductividad BCS. La teoría clásica de superconductividad (que explica la superconductividad a baja temperatura, no la de alta temperatura) nos dice que, si por alguna extraña razón, los electrones se atrajeran en lugar de repelerse entonces se formarían los llamados “pares de Cooper”, que se comportarían como bosones, formarían condensado de Bose-Einstein y bla, bla, bla… ¿Qué es lo que hace que los electrones se empiecen a atraer? Que están inmersos en un material, cualitativamente, cuando un electrón pasa, atrae a los iones positivos de la red, y puesto que estos tardan un rato en volver a su posición, otro electrón puede ver esto como un potencial atractivo debido al primer electrón (es decir, interacción entre electrones a través de fonones, vibraciones de la red). Con esto, a partir de un objeto que conocemos bien (los electrones), estamos obteniendo un comportamiento que no esperaríamos de ellos (los electrones formando un condensando de Bose-Einstein).

    Obviamente, un fenómeno emergente tiene que venir de dichas ecuaciones, estas no pueden haber cambiado, pero aplicadas en un contexto que puede ser altamente no trivial y generando resultados totalmente inesperados.

  • Someone dijo:

    Siento decepcionarte un poco, pero una ecuación que describa perfectamente la teoría unificada microscópica definitiva no tiene porque explicar todo en el universo. Bueno, sí, pero es un poco más complicado que eso.

    Saludos cordiales, Maestro Someone.

    Hombre, déjame soñar un poco, sabes que me gusta hacer ciencia ficción. Mira, gracias a tu comentario me he acordado de aquel cuento que dejé en un foro y que empezó como una broma sobre convertir la ciencia en una religión.

    Te dejo la referencia y, si te gusta la idea general, tienes barra libre para leerme la cartilla en los puntos donde el peso de mi ignorancia supere al de mi capacidad para fabular:

    http://www.lamentiraestaahifuera.com/foro/foros-la-mentira-group2/religin-forum3/la-religi%C3%B3n-de-la-informaci%C3%B3n-thread871/

    Para poder aspirar a algún tipo de “Teoría del Todo” puede que estemos bastante verdes, tal vez sí que podríamos aspirar a discutir qué forma aproximada podría tener. Aunque supongo que incluso para eso, necesitaríamos más certezas de las que todavía poseemos.

  • @ Doc Halliday:

    Te dejo la referencia y, si te gusta la idea general, tienes barra libre para leerme la cartilla en los puntos donde el peso de mi ignorancia supere al de mi capacidad para fabular:

    No he leído todavía mucho, pero me ha recordado otro fenómeno físico emergente: La Segunda Ley de la Termodinámica.

    En el siglo XIX, con el desarrollo de la termodinámica se tenía una interpretación rígida de estas leyes. Sin embargo, con Boltzmann (y Maxwell) aparece la interpretación estadística, con lo que se intentan derivar estas leyes a partir de las Leyes de Newton en un sistema microscópico con muchas partículas. Y, en concreto, la derivación de la Segunda Ley es lo que se llama el Teorema H de Boltzmann (el cual, desde luego, no es perfecto. Un ejemplo es su relación con las recurrencias de Poincaré, pero ese no es el tema de hoy). Por lo tanto hay que entenderla de forma probabilista: puede haber pequeños momentos en que la entropía se reduzca, pero su probabilidad es muy pequeña.

    Ahora, uno puede pensar lo siguiente: La Segunda Ley de la Termodinámica no está equipada en las ecuaciones del movimiento. Las leyes de Newton son invariantes bajo inversión temporal (t -> -t) y las colisiones de cuerpos deberían serlo también. Entonces, los procesos físicos que aumentan la entropía deberían ser tan comunes como los que la reducen, lo cual nos restringe tanto la interpretación rígida como la interpretación estadística de la Segunda Ley. Y quien pensase esto tendría toda la razón (además, esto existe y tiene un nombre concreto: “paradoja de Loschmidt”). Entonces, ¿dónde encaja esta paradoja en el teorema H de Boltzmann? La verdad es que no encaja. Boltzmann supone que las partículas que forman el gas (porque en esa época solo pensaban en estos modelos) eran independientes y no había correlación entre ellas, lo que le permite circunvenir el problema de la inversión temporal.

    Esto luego se ha refinado y mejorado (incluso por el propio Boltzmann, conectándolo finalmente con la idea de microestados), llegando hoy en día a cosas como el “Fluctuation theorem”, algo muy parecido pero para el caso en que no se está en equilibrio termodinámico. Sin embargo, el punto básico siempre es una “imposibilidad de distinguir” entre trayectorias en espacio de fases “suficientemente cercanas”, donde estos dos términos entre comillas han de estar propiamente definidos. Es más justo una manera técnica de formular la idea de la independencia y no correlación que proponía Boltzmann.

    Por ello, uno puede diseñar experimentos en que esa “confusión de estados” no se de (por ejemplo, usando a Loschmidt) y no haya Segunda Ley (y el robot no te haga caso), véase por ejemplo el caso del “Spin echo”: https://en.wikipedia.org/wiki/Spin_echo

  • @ Someone:

    Hombre blanco, este indio era joven, tenía el pelo de color negro ala de cuervo, abundante y encontraba excitante la mecánica clásica (esa caja de herramientas del ingeniero, tan clásica, que ahora me empieza a parecer renacentista a estas alturas del partido). Nosotros no fuimos más allá, salvo alguna escapada, para admirar desde lejos el horizonte abierto de esa playa salvaje donde tu habitas.

    Gracias por tu introducción, muy instructiva (y que tendré que meditar un poco).


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