Descubrimientos matemáticos podrían arrojar luz sobre los misterios del universo


09 de marzo de 2022

(Noticias de Nanowerk) ¿Cómo se puede reconciliar la teoría de la gravitación de Einstein con la mecánica cuántica? Es un desafío que podría darnos una visión profunda de fenómenos como los agujeros negros y el nacimiento del universo. Bueno, un nuevo artículo en comunicación de la naturaleza («Emergent Sasaki-Einstein Geometry and AdS/CFT»), escrito por investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, y el MIT, EE. UU., presenta resultados que arrojan nueva luz sobre importantes desafíos para comprender la gravedad cuántica.

Un gran desafío en la física teórica moderna es encontrar una «teoría unificada» que pueda describir todas las leyes de la naturaleza en un solo marco: un vínculo entre la teoría general de la relatividad de Einstein, que describe el universo a gran escala, y la mecánica cuántica. , que describe describe nuestro mundo a nivel atómico. Tal teoría de la «gravedad cuántica» incluiría una descripción tanto macroscópica como microscópica de la naturaleza.

“Nos esforzamos por comprender las leyes de la naturaleza, y el lenguaje en el que están escritas son las matemáticas. Cuando buscamos respuestas a preguntas en física, a menudo también nos llevan a nuevos descubrimientos en matemáticas. Esta interacción es particularmente pronunciada en la búsqueda de la gravedad cuántica, donde es extremadamente difícil realizar experimentos», explica Daniel Persson, profesor del Departamento de Ciencias Matemáticas de la Universidad Tecnológica de Chalmers.

Un ejemplo de un fenómeno que requiere este tipo de descripción unificada son los agujeros negros. Un agujero negro se forma cuando una estrella lo suficientemente masiva se expande y colapsa bajo su propia atracción gravitatoria, de modo que toda su masa se concentra en un volumen extremadamente pequeño. La descripción de la mecánica cuántica de los agujeros negros aún está en pañales, pero involucra matemáticas avanzadas espectaculares.

Un modelo simplificado para la gravedad cuántica

“El desafío es describir cómo surge la gravedad como un fenómeno ‘emergente’. Así como los fenómenos cotidianos, como el flujo de un líquido, surgen de los movimientos caóticos de las gotas individuales, queremos describir a nivel microscópico cómo surge la gravedad de los sistemas mecánicos cuánticos», dice Robert Berman, profesor del Departamento de Ciencias Matemáticas. en la Universidad Tecnológica de Chalmers.

En un artículo reciente publicado en la revista Nature Communications, Daniel Persson y Robert Berman, junto con Tristan Collins del MIT en los EE. UU., mostraron cómo la gravedad emerge de un sistema mecánico cuántico particular, en un modelo simplificado para la gravedad cuántica conocido como «holográfico». principio». referido como ‘.

«Usando técnicas de las matemáticas que exploré anteriormente, pudimos formular una explicación de cómo surge la gravedad a través del principio holográfico, y lo hicimos con mayor precisión que antes», explica Robert Berman.

ondas de energía oscura

El nuevo artículo también podría ofrecer nuevos conocimientos sobre la misteriosa energía oscura. En la teoría general de la relatividad de Einstein, la gravedad se describe como un fenómeno geométrico. Así como una cama recién hecha se dobla bajo el peso de una persona, los objetos pesados ​​pueden deformar la forma geométrica del universo. Pero según la teoría de Einstein, incluso el espacio vacío, el «estado de vacío» del universo, tiene una rica estructura geométrica. Si pudiera acercarse y mirar este vacío a nivel microscópico, vería fluctuaciones mecánicas cuánticas u ondas conocidas como energía oscura. Es esta misteriosa forma de energía la responsable de la expansión acelerada del universo desde una perspectiva más amplia.

Este nuevo trabajo podría conducir a nuevos conocimientos sobre cómo y por qué se forman estas ondas mecánicas cuánticas microscópicas, así como la relación entre la teoría de la gravedad de Einstein y la mecánica cuántica, algo que ha eludido a los científicos durante décadas.

“Estos resultados abren la posibilidad de probar otros aspectos del principio holográfico, como la descripción microscópica de agujeros negros. Esperamos poder utilizar estas nuevas conexiones en el futuro para abrir nuevos caminos en las matemáticas”, dice Daniel Persson.



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