¿Y si hay una realidad más profunda ahí fuera?

¿Y si nuestro universo es una ilusión?

¿Y si vivimos en un holograma?

Señal zona de penumbra música.

O, alternativamente, pregúntele al profesor asociado de física Matthew Headrick sobre su investigación. Headrick trabaja en una de las teorías más vanguardistas de la física teórica:el principio holográfico. Sostiene que el universo es una imagen tridimensional proyectada desde una superficie bidimensional, al igual que un holograma emerge de una hoja de película fotográfica.

"En mi opinión, el descubrimiento del entrelazamiento holográfico y sus generalizaciones ha sido uno de los desarrollos más emocionantes de la física teórica en este siglo hasta ahora, ", Dijo Headrick." ¿Qué otros conceptos nuevos esperan ser descubiertos? y que otras conexiones inesperadas? No podemos esperar a averiguarlo ".

Desde 2016, Headrick se ha desempeñado como subdirector de "It from Qubit:Quantum Fields, Proyecto Gravity and Information ", un esfuerzo internacional de 18 científicos y sus laboratorios para determinar si el principio holográfico es correcto. Está financiado por una Subvención de $ 10 millones de la Fundación Simons con sede en Nueva York.

Si Headrick y sus colegas pueden probar el principio holográfico, habrán dado un gran paso hacia la consecución del santo grial en física teórica, una gran teoría unificada que puede explicar todas las leyes y principios que gobiernan la realidad. "No hemos llegado todavía, "Headrick dijo, "pero estamos progresando".

Analicemos el principio holográfico paso a paso:

Información

Empezaremos con algo pequeño muy pequeña. Durante mucho tiempo se pensó que el universo en su nivel más fundamental está formado por partículas subatómicas como electrones o quarks. Pero ahora los físicos creen que esas partículas están formadas por algo aún más pequeño:información.

Cuando los físicos hablan de información, se refieren a los datos que describen fenómenos físicos. La masa de un objeto la dirección del espín de un electrón, y e =mc ^ 2 son todas unidades de información.

Si reunió toda la información disponible, tendrías el manual de instrucciones completo para construir todo en nuestro universo.

Qubits

Los niveles más pequeños del universo se rigen por las leyes de la mecánica cuántica. Aquí las cosas comienzan a ponerse muy raras y contradictorias.

Las unidades de información en el ámbito de la mecánica cuántica se denominan qubits.

Headrick estudia el entrelazamiento cuántico de qubits, un fenómeno muy extraño único en el ámbito de la mecánica cuántica.

Suponga que tiene dos qubits cuyos valores pueden ser 1 o 0. Cuando los qubits están entrelazados, sus valores se correlacionan. Cuando mides el primer qubit, su valor puede resultar ser 0. Verifique el otro qubit, su valor puede ser 0, también. Pero, ¿y si el primer qubit tiene un valor de 1? El valor del segundo qubit también podría cambiar a 1.

Es como si los qubits se comunicaran entre sí, con el primero contando el segundo, "Oye, este físico acaba de descubrir que soy un 1. Será mejor que seas un 1, también ". Asombrosamente y extrañamente, esta comunicación puede ocurrir a grandes distancias con mensajes aparentemente transmitidos más rápido que la velocidad de la luz.

Los Qubits son planos

En la mayoría de los casos, cuando dejas caer un objeto en un frasco, usaremos un gominola, caerá dentro y ocupará espacio. Pon otro gominola la cantidad de espacio vacío se reduce y el volumen de las gominolas aumenta.

No funciona de esta manera con qubits. Los Qubits no caerán en el frasco, sino que se extenderán sobre una superficie. Agrega un qubit, se adherirá al costado del frasco. Agrega otro qubit, hará lo mismo. Aumentar el número de qubits no aumenta el volumen. En lugar de, aumenta la superficie que ocupan los qubits.

Cada vez más qubits se extienden por una superficie plana:así es como se obtiene el plano bidimensional descrito por el principio holográfico.

Entonces, ¿cómo se obtienen tres dimensiones?

Una vez que te mueves más allá del reino de lo pequeñito, las leyes de la mecánica cuántica ya no funcionan. Por extraño que parezca a nivel macrocósmico, necesita un conjunto diferente de leyes de la física para explicar lo que está sucediendo.

Ingrese a la teoría de la relatividad de Einstein. Para calcular eventos cósmicos como el camino seguido por la luz o la órbita de Mercurio alrededor del sol, necesitas la teoría de la relatividad.

Los componentes básicos de la relatividad también son unidades de información. Ahora, sin embargo, se llaman bits.

Y los bits se comportan de una manera que nos resulta mucho más familiar. Existen en tres dimensiones.

Entonces, ¿cómo se obtiene un holograma?

Volvamos a esa superficie bidimensional cubierta de qubits entrelazados. Dado que el valor de un qubit cambia según el valor de su par entrelazado, hay un grado de indeterminación integrado en el sistema. Si aún no ha medido el primer qubit, no puedes estar seguro del segundo. La cantidad de incertidumbre en cualquier sistema dado se llama entropía.

A medida que los qubits se enredan y desenredan, el nivel de entropía sube y baja. Terminas con campos de entropía en un estado en constante cambio.

El principio holográfico sostiene que nuestro mundo tridimensional es una representación o proyección de toda esta actividad que tiene lugar en una superficie bidimensional llena de qubits.

Poniendolo todo junto

A los físicos siempre les ha molestado que exista un conjunto de reglas para lo microcósmico, mecánica cuántica, y otro para el macrocósmico, la teoría de la relatividad. No tiene sentido que deba haber dos grupos diferentes e incompatibles de fórmulas matemáticas en funcionamiento en nuestro universo. Los físicos asumen que debe haber alguna forma de armonizarlos.

Así que ahí radica la pregunta central para Headrick y sus colegas:comenzar en el ámbito bidimensional de los qubits y la mecánica cuántica y luego escalar en tamaño, ¿Con qué precisión terminamos con bits y relatividad? Se trata de construir un único modelo matemático que explique la transformación.

Descúbrelo y habrás resuelto uno de los mayores misterios de la física teórica. Desde el fenómeno más pequeño hasta el más grande, tendremos una teoría unificada de la realidad.

En este momento, el principio holográfico sigue siendo una teoría no probada. Adónde conducirá a continuación es una cuestión abierta. Sin embargo, las probabilidades son será más extraño que cualquier cosa imaginada en la ciencia ficción.