¿Pruebas del principio holográfico?

Especulan con que un ruido en un interferómetro para la detección de ondas gravitacionales sea debido a un efecto del principio holográfico que amplificaría la escala de Planck del espacio-tiempo.

Hace ya unos cincuenta años Wheeler propuso la existencia de la “espuma cuántica”. Según él el espacio-tiempo a la escala de Planck debería de tener una textura de tal modo que las fronteras entre izquierda-derecha, arriba-abajo o pasado-futuro estarían desdibujadas. El espacio presentaría “montañas”, “valles” e incluso agujeros de gusano cambiantes en el tiempo a esa escala del orden de 10-35 m. Pero esta idea especulativa no ha producido modelos concretos y cuantitativos sobre este espacio-tiempo a esas escalas diminutas. La razón es que esta predicción proviene de la idea de juntar la Relatividad General, que explica la gravedad a través de la geometría del espacio-tiempo, con los principios de la Mecánica Cuántica, que trata los sistemas pequeños que son definidos por sus funciones de onda, y hasta ahora no contamos con una teoría cuántica de la gravedad válida y terminada que funcione. Contamos, eso sí con varios candidatos aún en desarrollo que pretenden hacerlo: gravedad cuántica de lazos, triangulación causal dinámica, e incluso la teoría de cuerdas entre otras aún más exóticas.

Las primeras dos proporcionan cierta idea sobre esta espuma cuántica. La última asume un espacio-tiempo fijo cuatrimensional sobre el cual a cada punto se le asocia un complicada geometría multidimensional compacta.

Tampoco hay esperanzas de observar esta “espuma cuántica” con los actuales o futuros aceleradores de partículas, porque se daría a una escala tan pequeña que, en la práctica, es imposible de alcanzar la energía necesaria para ello.

Por otro lado había una idea circulando desde hace años sobre el “principio holográfico”, que dicho sea de paso no se sabe si es cierto o no, tratándose de una construcción teórica que goza de cierto éxito entre la comunidad de teóricos. Se desarrolló para el estudio de los agujeros negros y permitía almacenar en la superficie de éstos (su horizonte de sucesos) la información de todo lo que cayera dentro del él. Así se solucionaba la paradoja de eliminación de información que suponía que un agujero negro tragara información (objetos) y luego se evaporara, con lo que la información (que siempre se debe de conservar) desaparecería en la nada.

La información de la superficie (el horizonte de sucesos) codifica la información del volumen encerrado y de ahí el nombre de “principio holográfico”. Posteriormente Leonard Susskind y Gerard ‘t Hooft aplicaron esta idea al Universo en su conjunto, cuya superficie sería el horizonte del Universo observable. La información del Universo como objeto 3D (incluyéndole a usted lector) podría estar codificada en la superficie 2D de su horizonte causal de manera similar a la que un holograma óptico en una placa fotográfica puede reproducir un objeto tridimensional.

Aclaremos que no se trata de un holograma óptico ni de esas cosas que salen en Star Trek y cuya esencia fundamental es que son falsas y no tienen consistencia real.
Aunque la duda filosófica estaría ahí, plantearnos si somos o no una imagen holográfica tiene el mismo valor que plantearnos si somos o no un conjunto de funciones de ondas o si nuestra masa proviene de la interacción de todas nuestras partículas con el campo de Higgs. Tampoco tiene mucho valor saber que las fuerzas electromagnéticas mantienen unidos los átomos de hierro de un martillo si éste te impacta en la cabeza. Estas ideas no quitan realidad a nuestras vidas. Son modelos físicos que intentan explicar el mundo que nos rodea y que son más extraños conforme queremos explicar los fenómenos que están más cerca de los límites de la Física. Así que antes de echar a volar nuestra imaginación aseguremos que tenemos los pies en el suelo.

Por otro lado, en una de las partes más experimentales y realistas de la Física se pretende desde hace décadas la detección de ondas gravitacionales. Según la Relatividad General los fenómenos más energéticos del universo, como el Big Bang, el choque de estrellas de neutrones o agujeros negros supermasivos que tragan grandes objetos deben de producir oscilaciones del espacio-tiempo que se propagan a la velocidad de la luz a la manera de ondas y que serían susceptibles de ser medidas.

Casi cualquier fenómeno gravitatorio las produciría, pero sólo esos fenómenos ultraenergéticos las producirían de gran intensidad. Pero aquí “gran intensidad” significa unas oscilaciones con una amplitud de una pequeñísima fracción de un diámetro atómico. Es decir, esto es algo muy difícil de medir.
Si tenemos dos objetos situados a cierta distancia y una onda gravitatoria cruza la región del espacio en donde se encuentran el propio espacio se encogerá y expandirá según esas oscilaciones y en esa amplitud.

En los últimos años se ha hecho un esfuerzo por detectar directamente estas ondas utilizando haces láser que rebotan múltiples veces en espejos situados en los extremos de dos tubos de cientos de metros de longitud que forman una L. Hasta el momento no se han detectado, pero se tiene la esperanza de poderlo hacer algún día si al final se mejoran estos sistemas y hay dinero para ello.

Uno de estos sistemas es el GEO600 en el que participan Alemania y Gran Bretaña. En este “observatorio” se ha venido detectando un “ruido” de entre 300 y 1500 hertzios durante los últimos meses para el cual no se tenía una explicación.

Ahora Craig Hogan, del Fermilab, especula con que ese ruido sea un reflejo de las fluctuaciones del espacio tiempo a la escala de Planck en el horizonte del Universo y que se detectaría gracias al principio holográfico. Según este investigador aunque la escala de Planck es pequeñísima el principio holográfico permitiría “verla”.
Según el principio holográfico la superficie del Universo codificaría la información en bits correspondientes a unidades de áreas de Planck. Además, esta superficie tiene que tener los mismos bits de información que el volumen de espacio que encierra, y como éste es mayor que la superficie, las unidades de espacio que lo componen deben de ser mayores que la escala de Planck, concretamente del orden de 10-16 m.

Si esto se confirmara serían buenas noticias para las teorías que tratan de crear una teoría cuántica de la gravedad, pues tendrían un fenómeno experimental que explicar y, por tanto, una manera de ser comprobadas, pero sería una mala noticia para la detección de ondas gravitacionales, pues este ruido sería excesivo para su detección.Obviamente, antes de hablar de una gran descubrimiento, como dice este señor, habrá que realizar más experimentos y mucho trabajo. Algo en lo que están de acuerdo todos los expertos.

Hogan especula que un interferómetro de átomos podría servir para confirmar sus predicciones. En uno de estos dispositivos un haz de átomos ultrafríos funciona como un haz de luz, interfiriendo con él mismo. Sería un buen instrumento gracias a su longitud de onda más pequeña, dice.

Como siempre habrá que esperar, quizás sea un gran descubrimiento o quizás sólo un fiasco y el ruido sea precisamente eso: ruido y pocas nueces.

http://arxiv.org/abs/0712.3419