Las simetrías revelan pistas sobre el universo holográfico.
Los investigadores llevan mucho tiempo estudiando cómo surge la gravedad a partir de superficies bidimensionales en espacios hiperbólicos como este. En nuestro propio universo, la superficie estaría infinitamente distante.
Conocemos la gravedad desde que Newton y Apple encontraron la hipocresía, pero todavía estamos tratando de entenderla. Mientras que las otras tres fuerzas de la naturaleza son causadas por la actividad de campos cuánticos, nuestras mejores teorías de la gravedad las describen como espacio-tiempo curvo. Los físicos han estado tratando de describir la gravedad utilizando la teoría cuántica de campos durante décadas, pero estos esfuerzos han sido, en el mejor de los casos, incompletos.
Uno de los esfuerzos más prometedores es tratar la gravedad como un holograma: un efecto tridimensional que surge de una superficie plana bidimensional. Actualmente, el único ejemplo concreto de esta teoría es la correspondencia AdS/CFT, en la que un tipo específico de teoría cuántica de campos, llamada * * teoría de campos de forma (CFT), genera gravedad en el llamado espacio anti-AdS. En la peculiar curva del espacio AdS, los límites finitos pueden encapsular mundos infinitos. Juan Maldacena, el descubridor de esta teoría, la llamó "universo en una botella".
Pero nuestro universo no es una botella. Nuestro universo es plano (en su mayor parte). Cualquier botella que contenga nuestro universo plano debe estar infinitamente distante en el espacio y el tiempo. Los físicos llaman a esta cápsula cósmica esfera celeste. Los físicos quieren identificar las leyes CFT que producirían la gravedad en un mundo sin curvas espaciales AdS. Buscaban un CFT para el espacio plano, un CFT para el cielo.
Celestial CFT será más ambicioso que la teoría correspondiente en AdS/CFT. Debido a que vive en una esfera con un radio infinito, los conceptos de espacio y tiempo colapsan. Por lo tanto, CFT no depende del espacio y el tiempo, sino que puede explicar cómo se crean el espacio y el tiempo.
Los hallazgos recientes dan a los físicos la esperanza de estar en el camino correcto. Estos resultados utilizan simetrías fundamentales para limitar el aspecto que pueden tener los CFT. Los investigadores descubrieron una serie de relaciones matemáticas sorprendentes entre estas simetrías, relaciones que habían aparecido antes en algunas teorías de cuerdas, lo que llevó a algunos a preguntarse si la relación era más que una simple coincidencia.
“Aquí hay un animal realmente grande y sorprendente”, afirmó Nima Akani Hamoud, física teórica del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey. “Ojalá encontremos algo que lo haga vertiginoso. .”
Simetrías en una esfera
Quizás la principal forma en que los físicos exploran las fuerzas fundamentales de la naturaleza es juntando partículas y viendo qué sucede. El término técnico para esto es "dispersión". En instalaciones como el Gran Colisionador de Hadrones, las partículas llegan desde muy lejos, interactúan y vuelan hacia los detectores en cualquier estado de transición dictado por las fuerzas cuánticas.
Si la interacción está dominada por cualquiera de las tres fuerzas distintas de la gravedad, los físicos pueden, en principio, utilizar la teoría cuántica de campos para calcular las consecuencias de estos problemas de dispersión. Pero lo que muchos físicos realmente quieren saber es la gravedad. Afortunadamente, Steven Weinberg demostró en la década de 1960 que algunos problemas de dispersión gravitacional cuántica (problemas que involucran gravitones de baja energía) pueden calcularse. En este límite de baja energía, "identificamos este comportamiento", dice Monica Pater de la Universidad de Harvard. "La gravedad cuántica reproduce las predicciones de la relatividad general. Pater y Pater de la Universidad de Princeton utilizan esta dispersión de baja energía". problemas como punto de partida para determinar algunas de las reglas que deben obedecer los hipotéticos CFT de cuerpos celestes.
Esto lo hacen buscando simetrías. En un problema de dispersión, los físicos calculan el producto de las dispersiones (la “amplitud de dispersión”) y cómo deberían verse cuando chocan contra un detector. Después de calcular estas amplitudes, los investigadores buscaron en el detector patrones que formaban las partículas que seguían las reglas, o simetrías, que debe seguir el proceso de dispersión. La simetría requiere que si se aplica alguna transformación al detector, los resultados de los eventos de dispersión permanezcan sin cambios.
Así como las interacciones cuánticas pueden traducirse en amplitudes de dispersión y, por lo tanto, conducir a simetrías, los investigadores que estudian la gravedad cuántica esperan traducir los problemas de dispersión en simetrías en la esfera celeste y luego usar estas simetrías para completar los cuerpos celestes. Libro de reglas.
Cuando se trata de simetría, Pastersky dijo: "Intentamos comenzar con los componentes básicos del diccionario y avanzar desde allí".
165438+October , un grupo dirigido Andrew Strominger, de la Universidad de Harvard, publicó un artículo que describe el "álgebra de simetría" que deben obedecer las CFT de los cuerpos celestes. El álgebra determina cómo se pueden combinar diferentes transformaciones de simetría en nuevas transformaciones. Al estudiar la estructura transformada, Strominger y sus colegas, incluido Pate, lograron limitar aún más las posibles CFT. Descubrieron que un conjunto de simetrías en la esfera celeste sigue un álgebra que ha sido bien estudiada y refinada, un álgebra que ya aparece en algunas teorías de cuerdas y está relacionada con la descripción de sistemas cuánticos famosos como el efecto Hall cuántico.
David Skinner, físico teórico de la Universidad de Cambridge, dijo: "La estructura en la que aterrizas es una que la gente ha explorado y con la que has jugado antes, y eso te alienta. Tal vez haya algo en ello. . "El problema del infinito
El problema surge cuando tienes una teoría que se aplica a distancias infinitas. Consideremos dos partículas que se juntan y luego se dispersan. Si se extendieran en cualquier ángulo distinto de cero, estarían infinitamente separados cuando alcanzaran la esfera celeste. El concepto de distancia se ha derrumbado. Nuestra teoría normal depende de la posición, donde la fuerza de la interacción entre objetos depende de su distancia entre sí. Pero si todo está infinitamente lejos de todo lo demás, CFT tiene una posición más allá.
Lo que es aún más desconcertante es: ¿cuál es el concepto de tiempo en la esfera celeste donde tanto el pasado como el futuro están muy lejos? No tiene sentido aquí. Alkhani-Hamed cree que el concepto de descomposición del espacio-tiempo en la esfera celeste es una característica, no un error. Ofrece la posibilidad de interpretar el espacio-tiempo como una propiedad emergente de teorías más fundamentales.
Otros moderaron su entusiasmo. "Creo que es emocionante, pero creo que todavía queda un largo camino por recorrer", dijo Skinner. "Yo diría que hay algunas cosas que son desafíos importantes que deben superarse".
Arkani -Hamed. no está de acuerdo. "Se trata de detectar y encontrar el problema. Pero también hay mucho en juego".