La gravedad ya no es un misterio para los físicos, al menos cuando se trata de grandes distancias: gracias a la ciencia, podemos calcular órbitas planetarias, predecir mareas y enviar cohetes al espacio con precisión. Sin embargo, la descripción teórica de la gravedad alcanza sus límites al nivel de las partículas más pequeñas, el llamado nivel cuántico.
“Para explicar el Big Bang o el interior de un agujero negro, 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”, una 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 alta dimensión pueden describirse mediante teorías cuánticas simples en los límites de ese espacio.
(Explicación: “AdS” significa “Anti-de-Sitter”, un tipo especial de espacio-tiempo que se curva hacia adentro como una hipérbola. “CFT” significa “Teoría de campos conforme”, una teoría que describe sistemas físicos cuánticos cuyas propiedades son todas lo mismo en distancia espacial).
“Al principio parece muy complicado, pero es fácil de explicar”, afirma Erdmenger “La correspondencia AdS/CFT nos permite utilizar modelos matemáticos simples para comprender procesos gravitacionales complejos, como los que existen en el mundo cuántico. En su centro hay un espacio-tiempo curvo, que puede considerarse como un embudo. La correspondencia dice que la dinámica cuántica en el borde del embudo debe estar más adentro correspondería a una dinámica compleja, similar al holograma de un billete, que crea una imagen tridimensional aunque él mismo sea bidimensional.
Prueba de concepto para realizar la dinámica gravitacional en el laboratorio.
Junto con su equipo, Erdmenger ha desarrollado un método para probar experimentalmente la predicción de correspondencia AdS/CFT, no probada hasta ahora: se utiliza un circuito eléctrico ramificado para simular el espacio-tiempo curvo; las señales eléctricas en puntos individuales del circuito corresponden a la dinámica gravitacional. que son espacio- se pueden encontrar en diferentes momentos del tiempo. Los cálculos teóricos del equipo de investigación muestran que en el circuito propuesto, la dinámica en los bordes del espacio-tiempo simulado también coincide con la del interior y, por lo tanto, el circuito realiza una predicción central de la correspondencia AdS/CFT.
Implementación práctica y potenciales aplicaciones tecnológicas.
Como próximo paso, el equipo de investigación de Würzburg planea poner en práctica la configuración experimental descrita en el estudio. Además de avances significativos en la investigación gravitacional, 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 la curvatura simulada del haz espacial estabiliza las señales. Esto supondrá un gran avance para la transmisión de señales en redes neuronales utilizadas, por ejemplo, para la inteligencia artificial”.
Involucrado como Presidente Asociado de Física Teórica I, Universidad de Alberta, Canadá, Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complejos en Dresden, Alemania, Universidad de Alabama en EE.UU. y Universidad de Wurzburg, Alemania. Socios en Estudios Internacionales. El apoyo financiero lo proporcionó el grupo de excelencia de Würzburg-Dresden “ct.qmat – Complexity and Topology in Quantum Materials”.