Ciência Cosmologia

O universo é um holograma?

27 de abril de 2015

Nosso universo é um holograma? Crédito: Universidade de Tecnologia de Viena

O universo é um holograma?

Descrever o universo requer menos dimensões do que poderíamos pensar. Novos cálculos mostram que isso pode não ser apenas um truque matemático, mas uma característica fundamental do próprio espaço.
À primeira vista, não há a menor dúvida: para nós, o universo parece tridimensional. Mas uma das teorias mais frutíferas de física teórica nas últimas duas décadas é um desafio esta suposição. O ” princípio holográfico ” afirma que uma descrição matemática do universo realmente requer um a menos dimensão do que parece. O que percebemos como tridimensional pode ser apenas a imagem de processos bidimensionais num enorme horizonte cósmico.
Até agora, este princípio só foi estudado em espaços exóticos com curvatura negativa. Isso é interessante do ponto de vista teórico, mas esses espaços são bastante diferentes do espaço em nosso próprio universo. Os resultados obtidos pelos cientistas da TU Wien (Viena) sugerem agora que o princípio holográfico se mantém em um espaço-tempo plano.

O Princípio Holográfico

Todo mundo sabe hologramas de cartões de crédito ou notas. São bidimensionais, mas para nós parecem tridimensionais. Nosso universo poderia se comportar de forma bastante semelhante: “Em 1997, o físico Juan Maldacena propôs a idéia de que há uma correspondência entre as teorias gravitacionais em espaços curvos anti-desportistas por um lado e as teorias quânticas de campo em espaços com uma dimensão menor na Outros “, diz Daniel Grumiller (TU Wien).
Os fenômenos gravitacionais são descritos em uma teoria com três dimensões espaciais, o comportamento de partículas quânticas é calculado em uma teoria com apenas duas dimensões espaciais – e os resultados de ambos os cálculos podem ser mapeados um sobre o outro. Tal correspondência é bastante surpreendente. É como descobrir que as equações de um livro de astronomia também pode ser usado para reparar um CD player. Mas este método provou ser muito bem sucedido. Mais de dez mil artigos científicos sobre a “AdS-CFT-correspondência” de Maldacena foram publicados até hoje.

Correspondência mesmo em espaços planos

Para a física teórica, isso é extremamente importante, mas não parece ter muito a ver com nosso próprio universo. Aparentemente, não vivemos em um espaço anti-desordeiro. Estes espaços têm propriedades bastante peculiares. Eles são negativamente curvos, qualquer objeto jogado fora em uma linha reta, eventualmente, retornará. “Nosso universo, em contraste, é bastante plano – e em distâncias astronômicas, tem curvatura positiva”, diz Daniel Grumiller.
No entanto, Grumiller suspeitou há algum tempo que um princípio de correspondência também poderia ser válido para o nosso universo real. Para testar esta hipótese, as teorias gravitacionais têm que ser construídas, que não exijam espaços anti-sitter exóticos, mas vivem em um espaço plano. Durante três anos, ele e sua equipe da TU Wien (Viena) estão trabalhando nisso, em cooperação com a Universidade de Edimburgo, Harvard, IISER Pune, o MIT e a Universidade de Kyoto. Agora Grumiller e seus colegas da Índia e do Japão publicou um artigo na revista Physical Review Letters , confirmando a validade do princípio da correspondência em um universo plano.

Calculado duas vezes, mesmo resultado

“Se a gravidade quântica em um espaço plano permite uma descrição holográfica por uma teoria quântica padrão, então deve haver por quantidades físicas, que podem ser calculadas em ambas as teorias – e os resultados devem concordar”, diz Grumiller. Especialmente uma característica-chave da mecânica quântica – engano quântico – tem de aparecer na teoria gravitacional.
Quando as partículas quânticas estão embaraçados, eles não podem ser descritas individualmente. Eles formam um único objeto quântico, mesmo se eles estão muito distantes. Há uma medida para a quantidade de emaranhamento em um sistema quântico, chamado de “entropia de emaranhamento”. Juntamente com Arjun Bagchi, Rudranil Basu e Max Riegler, Daniel Grumiller conseguiu mostrar que esta entropia de emaranhamento tem o mesmo valor na gravidade quântica plana e em uma teoria quântica de campo de baixa dimensão.
“Este cálculo afirma nossa suposição de que o princípio holográfico também pode ser realizado em espaços planos, evidencia a validade dessa correspondência em nosso universo”, diz Max Riegler (TU Wien). “O fato de que podemos até mesmo falar sobre informações quânticas e entropia de emaranhamento em uma teoria da gravidade é surpreendente em si mesmo, e dificilmente seria imaginável apenas alguns anos atrás. Que agora podemos usar isso como uma ferramenta para testar A validade do princípio holográfico, e que este teste funciona, é bastante notável “, diz Daniel Grumiller.
Isto, no entanto, ainda não provar que estamos realmente vivendo em um holograma – mas parece que há cada vez mais provas para a validade do princípio de correspondência em nosso próprio universo .

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Mais informações: Entanglement Entropia nas teorias de Galileu Conformal Campo e Plano Holografia,

Phys. Rev. Lett . 114, 111602 – Publicado 19 de março de 2015, dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.111602
Jornal de referência: Physical Review Letters
Oferecido pela Universidade de Tecnologia de Viena

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