Revolucionario: intentarán crear “espacio-tiempo” desde cero en un laboratorio de física cuántica
La Dra. en física Monika Schleier-Smith intentará mediante un experimento cuántico crear 'espacio-tiempo' desde cero en su laboratorio. Si lo consigue revolucionará absolutamente todo lo que conocemos sobre la física y lo que nos rodea.
Monika Schleier-Smith es doctora en física, graduada en la Universidad de Harvard con un doctorado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, y postdoctorado en la LMU Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica. Es profesora en la Universidad de Stanford, California, y actualmente está trabajando en algo sorprendente.
La científica está probando la idea de que el espacio-tiempo emerge, como un holograma, de interacciones cuánticas al intentar hacerlo en el laboratorio. Sí, no vamos a negar que esto suena demasiado extraño y algo complicado, pero te lo vamos a explicar, porque si su trabajo resulta exitoso revolucionará completamente nuestra comprensión del universo.
El experimento cuántico
El espacio-tiempo es un modelo matemático que combina el espacio y el tiempo en un solo objeto continuo de cuatro dimensiones, en donde ocurren todos los sucesos físicos del universo, eso de acuerdo con la teoría de la relatividad de Einstein.
Su primer postulado sostiene que las leyes de la física son idénticas para todos los observadores en sistemas de referencia inerciales, y en el segundo afirma que la velocidad de la luz en el vacío es una constante. Como consecuencia directa el espacio y el tiempo no pueden ser independientes.
La teoría de la relatividad de Einstein reforzó la idea de que el espacio y el tiempo eran fundamentales, pero Smith está convencido de que el espacio-tiempo no es una entidad fundamental, sino que surge de los átomos cuánticos del espacio.
"Estos átomos son entidades matemáticas que existen en un nivel más profundo de la realidad, donde no existe espacio ni tiempo. Además, se pueden combinar para formar moléculas, que a su vez pueden formar redes complejas", asegura Smith.
Principio holográfico
El espacio-tiempo puede no ser fundamental. En cambio, según el principio holográfico, emerge de algo más profundo, como un holograma 3D emerge de una superficie plana. El principio dice que el espacio-tiempo, y por extensión la gravedad, surge del entrelazamiento cuántico, explica Smith para NewScientist. El entrelazamiento cuántico es un fenómeno que permite que dos partículas compartan información, incluso si están separadas.
Con eso en mente, la Dra. Smith está intentando crear espacio-tiempo desde cero. Su enfoque simula un límite holográfico 2D alrededor de un universo, que, según el principio holográfico, es suficiente para codificar toda la información que describe el universo interior. Esta “dualidad holográfica” dice que el espacio-tiempo y el límite de dimensión inferior del que emergen son equivalentes.
En esencia, la metodología de Schleier-Smith implica experimentos de mesa que tienen el potencial de revelar cómo el principio holográfico contribuye a los fenómenos hasta aquellos en las escalas más pequeñas, donde emergería el espacio-tiempo.
La renombrada física explica que, sus herramientas principales de trabajo son átomos enfriados por láser. “Hemos aislado átomos en una cámara de vacío y utilizamos láseres para llevarlos a temperaturas superbajas. Los fijamos donde queremos y es esencialmente un punto de partida para tener un modelo de sistema cuántico muy bien controlado”, explica en la entrevista con NewScientist.
Una fábrica de espacio-tiempo
Si el proyecto de la Dra. Smith resulta exitoso, permitiría crear y controlar el espacio-tiempo a escala de laboratorio. También podría resolver paradojas de la física cuántica y la relatividad general.
El principio holográfico es especialmente intrigante en el contexto de la gravedad cuántica. La teoría de cuerdas, que busca unificar la relatividad general y la mecánica cuántica, ha sugerido que el espacio y el tiempo son emergentes de procesos cuánticos subyacentes. Los experimentos de Schleier-Smith representan un paso importante hacia la comprensión de cómo esto podría funcionar en la práctica.
El trabajo de Monika Schleier-Smith también tiene implicaciones significativas en el campo de la información cuántica y la computación cuántica. Los condensados de Bose-Einstein pueden servir como recursos valiosos para la implementación de algoritmos cuánticos y la manipulación de información cuántica. Al comprender mejor cómo se comportan las ondas cuánticas en estas estructuras holográficas, podemos avanzar en la capacidad de procesar y transmitir información en sistemas cuánticos.
A fines prácticos tendrían varias ventajas; por ejemplo, obtenga los relojes más precisos hasta el momento. En ese campo Smith ya ha estado avanzando, en 2010 ella junto con su equipo mejoraron la precisión de un reloj atómico más allá del límite cuántico estándar.
Sin embargo, el método también tiene sus desafíos. Uno de ellos es cómo conectar las simulaciones con la realidad física, ya que los fotones son una mera aproximación de los átomos cuánticos existentes en el espacio.