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Descripción holográfica de la gravedad

Para comprender completamente la física de los agujeros negros, los científicos necesitan reconciliar, en primer lugar, la teoría de la relatividad de Einstein con la física cuántica y, más específicamente, comprender el sentido de la interpretación holográfica de la gravedad cuántica. El proyecto QEAH (Quantum Entanglement And Holography) dio un paso importante en esta dirección, ya que desveló de qué modo se deberían expresar las cantidades gravitatorias estándar en términos de su descripción microscópica subyacente, holográfica.

Espacio

Cuando empezó su trabajo en 2015, la Dra. Manuela Kulaxizi, investigadora postdoctoral de la Facultad de Matemáticas del Trinity College en Dublín, pretendía investigar y resaltar los aspectos cuánticos de la correspondencia AdS/CFT, como la emergencia del espacio-tiempo y la gravedad, en un sistema totalmente controlado. Esto se hizo estudiando las funciones de entrelazamiento y de correlación de CFT con valores grandes de N. Aunque estos estudios fueron esencialmente teóricos, sirven para establecer el entorno para futuros estudios sobre los agujeros negros: «Sobre la base de las ideas actuales sobre la teoría de cuerdas y la gravedad, esperamos que la teoría de la gravedad debe ser "holográfica"», explica la Dra. Kulaxizi. «Esto significa que debería existir una descripción de la física de la gravedad basada en una teoría cuántica totalmente distinta, similar a la que describe la unión de los quarks y gluones constituyentes en los núcleos de los átomos, pero con una dimensión menos. Esta es la descripción holográfica de la gravedad, a la que contribuye mi investigación». La estrategia del proyecto consistió en considerar la teoría de campos conformes (TCC), una teoría cuántica ordinaria dotada de invariancia conforme, e investigar las condiciones en las que una teoría de estas características tendría una descripción alternativa en términos de gravedad. «La simetría adicional hace que la teoría sea mucho más tratable que las teorías de campos cuánticos ordinarias», explica la Dra. Kulaxizi. El equipo se centró en un tipo especial de TCC que es probable que tenga una descripción gravitatoria, con la intención de calcular ciertas funciones de correlación de cuatro puntos en esos TCC. Se esperaba que las funciones de correlación de los TCC proporcionaran la descripción dual/holográfica de la «dispersión de partículas en gravedad». Gracias al cálculo simplificado centrado en un límite especial correspondiente a la dispersión de partículas en muy rápido movimiento, junto con la imposición de unicidad sobre el resto de su función de correlación, el equipo pudo hacer emerger gravedad de sus cálculos. La Dra. Kulaxizi explica el montaje experimental: «La teoría de la gravedad de Einstein predice que, según algunas aproximaciones, cuando dos partículas que se mueven muy rápidamente colisionan entre sí, continúan su camino casi sin ninguna alteración excepto por un efecto: experimentan un retardo temporal. Nuestro trabajo describió cómo se puede obtener exactamente la misma expresión para el retardo temporal, la misma física, en términos de una cantidad totalmente distinta definida de forma natural en la descripción alternativa holográfica de la gravedad. Las partículas que se desplazan a gran velocidad tienen un efecto interesante sobre el espacio que las rodea: generan una curvatura no trivial a su alrededor llamada «geometría de onda de choque». Los resultados del proyecto arrojaron luz sobre cómo se puede obtener la descripción del espacio-tiempo que se forma alrededor de los objetos que se mueven a gran velocidad, utilizando nociones y cantidades definidas de forma natural en la descripción holográfica de la gravedad. En particular, se identificó la función métrica de la geometría de onda de choque con el bloque conforme del tensor de tensión en un límite especial (el límite de Regge). «Lo que es más importante, pudimos mostrar explícitamente que cierto tipo de teorías de campos cuánticos ordinarias, las teorías de campo conforme, tienen una descripción equivalente en términos de una teoría de la gravedad específica: la teoría de la gravedad de Einstein. Por ejemplo, mostramos que, en ciertas condiciones, la teoría contiene partículas de espín máximo igual a dos, con propiedades que coinciden con las del gravitón. También mostramos que otras teorías de la gravedad, como la gravedad de Lanczos-Gauss-Bonnet, no pueden surgir de una TCC coherente», explica la Dra. Kulaxizi. La Dra. Kulaxizi espera que este trabajo sea el primero de una serie más larga de esfuerzos que ayudarán a desvelar algunos de los misterios de la gravedad cuántica y la física de los agujeros negros.

Palabras clave

QEAH, holografía, relatividad, física cuántica, AdS/CFT, teoría de campos conformes, TCC, agujero negro, gravedad

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