Durante más de un siglo, la física se ha construido sobre dos grandes teorías. La relatividad general de Einstein explica la gravedad como la curvatura del espacio y el tiempo.
Mecánica Cuántica gobierna el mundo de las partículas y los campos. Ambos trabajan brillantemente en sus respectivos dominios. Pero al combinarlos surgen contradicciones, especialmente cuando se trata de agujeros negros, materia oscura, energía oscura y orígenes cósmicos.
Mis colegas y yo hemos estado explorando Nuevas formas de cerrar esa brecha. La idea es considerar la información (no la materia, ni la energía, ni siquiera el espacio-tiempo) como el elemento más fundamental de la realidad. A este marco lo llamamos Matriz de memoria cuántica (QMM).
En esencia, hay una afirmación simple pero poderosa: el espacio-tiempo no es uniforme, sino discreto: está formado por pequeñas “células”, como sugiere la mecánica cuántica. Cada célula puede almacenar una huella cuántica de cada interacción, como el paso de una partícula o incluso el efecto de una energía como el electromagnetismo o la interacción nuclear, por la que pasa. Cada evento deja un pequeño cambio en el estado cuántico local de la célula del espacio-tiempo.
En otras palabras, el universo simplemente no evoluciona. Recuérdalo.
La historia comienza con la paradoja de la información del agujero negro. Según la relatividad, todo lo que cae en un agujero negro desaparece para siempre. Según la teoría cuántica, esto es imposible. Información nunca puede ser destruido.
QMM ofrece una manera. Al caer en la materia, las células del espacio-tiempo circundantes registran su huella. Cuando el agujero negro finalmente se evapora, la información no se pierde. Ya ha sido escrito en la memoria del espacio-tiempo.
Este proceso se captura matemáticamente mediante lo que llamamos operador de impresión, una regla de inversión que hace que el almacenamiento de información sea efectivo. primero, Le aplicamos gravedad.. Pero luego preguntamos: ¿Qué pasa con otras fuerzas de la naturaleza? Resulta que encajan en la misma imagen.
Nuestros modelos asumen la existencia de células espacio-temporales, las fuerzas nucleares fuerte y débil, que mantienen unido el núcleo atómico, El espacio también deja huellas. Más tarde, nosotros Extendió el marco al electromagnetismo. (Aunque este documento se encuentra actualmente bajo revisión por pares). Incluso un simple campo eléctrico cambia el estado de memoria de las células del espacio-tiempo.
Materia oscura y energía oscura explicadas
Esto nos lleva a un principio amplio que llamamos Dualidad geometría-información. Desde este punto de vista, la forma del espacio-tiempo se ve afectada no sólo por la masa y la energía, como nos enseñó Einstein, sino también por cómo se distribuye la información cuántica, especialmente a través del entrelazamiento. El entrelazamiento es una propiedad cuántica en la que dos partículas, por ejemplo, pueden estar estrechamente acopladas, lo que significa que si cambias el estado de una, automáticamente e inmediatamente cambias la otra también, incluso si está a años luz de distancia.
Este cambio de perspectiva tiene consecuencias dramáticas. En un estudio, actualmente bajo revisión por pares, encontramos grupos de impresiones Compórtate como materia oscuraUna sustancia desconocida que constituye la mayor parte de la materia del universo. Se agrupan bajo la gravedad y explican el movimiento de las galaxias, que orbitan a velocidades inesperadamente altas, sin la necesidad de nuevas partículas extrañas.
De lo contrario, hemos mostrado cómo También pueden surgir fuerzas oscuras. Cuando las células del espacio-tiempo están saturadas, no pueden registrar información nueva e independiente. En cambio, contribuyen a la energía residual del espacio-tiempo. Curiosamente, esta contribución residual tiene la misma forma matemática que la “constante cosmológica” o energía oscura, que está provocando que el universo se expanda a un ritmo acelerado.
Su tamaño coincide con la energía oscura observada que impulsa la aceleración cósmica. En conjunto, estos resultados sugieren que la materia oscura y la energía oscura pueden ser dos caras de la misma moneda informativa.
¿Un universo cíclico?
Pero si el espacio-tiempo tiene memoria finita, ¿qué pasa cuando se llena? Nuestro último artículo cosmológico, aceptado para publicación en The Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, apunta a un universo cíclico – Nacimiento y muerte repetidos. Cada ciclo de expansión y contracción acumula más entropía (una medida de desorden) en el láser. Cuando se une, el universo “rebota” en un nuevo ciclo.
Alcanzar el límite significa que se ha maximizado la capacidad de información (entropía) del espacio-tiempo. En ese momento, es posible que las contracciones no se desarrollen sin problemas. Las ecuaciones muestran que en lugar de que una singularidad colapse, la entropía acumulada conduce en la dirección opuesta, conduciendo a una nueva fase de expansión. qué es esto Describimos esto como un “rebote”..
Comparando el modelo con datos observacionales, estimamos que el universo ya ha pasado por tres o cuatro ciclos de expansión y contracción, y quedan menos de diez. Una vez completados los ciclos restantes, la capacidad de información del espacio-tiempo se agotará por completo. En ese momento, no se producen más rebotes. En cambio, el universo entrará en la fase final de lenta expansión.
Esto hace que la verdadera “era de la información” del universo sea de unos 62 mil millones de años, no 13,8 mil millones de años de nuestra expansión actual.
Hasta ahora esto puede parecer puramente teórico. Pero ya hemos probado partes de QMM en las computadoras cuánticas actuales. Hemos considerado la unidad fundamental qubit de un ordenador cuántico como una diminuta célula del espacio-tiempo. Utilizando un protocolo de impresión y recuperación basado en la ecuación QMM, recuperamos los estados cuánticos originales con una precisión superior al 90%.
Esto nos mostró dos cosas. En primer lugar, el operador de impresión trabaja en sistemas cuánticos reales. En segundo lugar, tiene beneficios prácticos. Al combinar la impresión con códigos de corrección de errores convencionales, Hemos reducido significativamente los errores lógicos.. Eso significa que QMM no sólo puede explicar el cosmos, sino también ayudarnos a construir mejores computadoras cuánticas.
El QMM reformula el universo como un banco de memoria cósmica y una computadora cuántica. Cada evento, cada energía, cada partícula deja una huella que da forma a la evolución del universo. Reúne algunos de los enigmas más profundos de la física, desde la paradoja de la información hasta la materia y la energía oscuras, desde los ciclos cósmicos hasta la flecha del tiempo.
Y lo hace de maneras que ya pueden simularse y probarse en el laboratorio. Ya sea que QMM demuestre ser la última palabra o un trampolín, abre una posibilidad tentadora: el universo puede no ser solo geometría y energía. También es un recuerdo. Y cada momento de la historia cósmica puede estar escrito en esa memoria incluso hoy.
