La gravedad ya no es un misterio para los físicos, al menos cuando se trata de grandes distancias: gracias a la ciencia podemos calcular las órbitas de los planetas, predecir las mareas y lanzar cohetes al espacio con precisión. Sin embargo, la explicación teórica de la gravedad alcanza sus límites al nivel de las partículas más pequeñas, las llamadas partículas cuánticas.
“Para explicar el Big Bang o el interior de los agujeros negros, necesitamos comprender las propiedades cuánticas de la gravedad”, explica la profesora Johanna Erdmenger, catedrática de Física Teórica III de la Universidad de Würzburg (JMU) en Baviera, Alemania. “A energías muy altas, las leyes clásicas de la gravedad fallan. Por lo tanto, nuestro objetivo es contribuir al desarrollo de nuevas teorías que puedan explicar la gravedad en todas las escalas, incluido el nivel cuántico”.
Los investigadores se centran en la teoría central de la gravedad cuántica.
La “correspondencia AdS/CFT”, la teoría central de la gravedad cuántica, desempeña un papel importante en el desarrollo de nuevos modelos. Afirma que las teorías gravitacionales complejas en un espacio de dimensiones superiores pueden explicarse mediante teorías cuánticas más simples en el límite de ese espacio.
(Explicación: “AdS” significa “Anti-de-Sitter”, un tipo especial de espacio-tiempo que está curvado hacia adentro, como una hipérbola. “CFT” significa “Teoría de campos conforme”, una teoría (que describe sistemas físicos cuánticos cuyo propiedades son las mismas en todas las distancias espaciales).
“Al principio suena muy complicado, pero es fácil de explicar”, afirma Erdmenger. “La correspondencia AdS/CFT nos permite comprender procesos gravitacionales complejos utilizando modelos matemáticos simples, como los del mundo cuántico. La dinámica cuántica en el borde del embudo se puede combinar con la dinámica más compleja del interior. Debe ser… como el holograma de un billete, que crea una imagen tridimensional aunque en sí mismo sólo sea bidimensional.
Prueba de concepto para comprender la dinámica gravitacional en el laboratorio.
Junto con su equipo, Erdmenger ha desarrollado un método para probar experimentalmente las predicciones de la correspondencia AdS/CFT no confirmada anteriormente: utilizando un circuito eléctrico ramificado para simular el espacio-tiempo curvo, la señal eléctrica en los puntos de ramificación individuales del circuito corresponde a. la dinámica gravitacional que ocurriría en diferentes puntos del espacio-tiempo. Los cálculos teóricos del equipo de investigación muestran que en el circuito propuesto, la dinámica en los bordes del espacio-tiempo simulado también es consistente con la del interior y, por lo tanto, se puede realizar la predicción central de la correspondencia AdS/CFT a través del circuito.
Implementación práctica y posibles aplicaciones técnicas.
Como siguiente paso, el equipo de investigación de Würzburg planea implementar la configuración experimental descrita en el estudio. Además de avances significativos en la investigación de la gravedad, también puede conducir a innovaciones tecnológicas. “Nuestros circuitos también abren nuevas aplicaciones tecnológicas”, explica Erdmenger. “Basados en la tecnología cuántica, se espera que transmitan señales eléctricas con menos pérdidas, ya que el espacio simula la curvatura del haz y estabiliza las señales. Por ejemplo, las redes neuronales utilizadas para la inteligencia artificial supondrán un gran avance para la transmisión de señales en redes. “
Participaron como contribuyentes la Universidad de Alberta, Canadá, el Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complejos, Dresde, Alemania, la Universidad de Alabama, Tuscaloosa, EE.UU., y la Cátedra de Física Teórica I de la Universidad de Würzburg, Alemania. Socios en Estudios Internacionales. El apoyo financiero corrió a cargo del grupo de excelencia de Würzburg-Dresden “ct.qmat – Complexity and Topology in Quantum Materials”.
