Una dintre cele mai influente idei recente din fizica teoretică provine dintr-o lucrare care a acumulat un număr uluitor de peste 27.000 de citări și continuă să crească.
Acea lucrare abordează cel mai faimos mister din fizica teoretică: originea fundamentală a forței gravitaționale. Ideea este că poți înțelege gravitația, care în universul nostru se manifestă ca o curbare a structurii spațiu-timpului, fără a cunoaște exact regulile gravitației și ale spațiu-timpului. Regulile mai bine înțelese ale teoriei cuantice conțin implicit toate secretele gravitației.
Pentru a înțelege ce înseamnă asta, să luăm un exemplu mai familiar: regulile jocurilor de șah și dame. Imaginează-ți că fiecare partidă de dame ar fi, în secret, echivalentă cu o partidă de șah. (Poate că două piese de dame una lângă alta ar reprezenta un pion, iar trei aliniate într-un anumit mod ar corespunde unui turn și așa mai departe.) Cunoscând această corespondență, ai putea urmări o partidă de dame și traduce fiecare mutare într-o mutare echivalentă de șah și invers.
Desigur, regulile șahului nu sunt ascunse în regulile jocului de dame. Ar fi nevoie de o conspirație incredibilă pentru a fi așa! Totuși, tocmai un astfel de tip de „conspirație” a descoperit fizicianul argentino-american Juan Maldacena în lucrarea sa din 1997.
Juan Maldacena a arătat că evenimentele dintr-un anumit tip de spațiu-timp numit „spațiu anti-de Sitter (AdS)” sunt echivalente cu evenimentele care implică particule ce se mișcă prin câmpuri cuantice într-un mediu rigid, lipsit de gravitație.
Asemenea analogiei cu șahul și damele, orice eveniment putea fi interpretat în două moduri echivalente. Ceea ce în spațiul AdS pare o gaură neagră, corespunde în teoria cuantică a câmpurilor unei „supe” de plasmă fierbinte. Acea teorie se numește „teoria conformă a câmpurilor” (CFT), așa că descoperirea lui Maldacena este cunoscută sub numele de „corespondența AdS/CFT”.
Această corespondență a entuziasmat fizicienii teoreticieni, sugerând că pot „juca” indirect un joc pe care nu îl înțeleg complet (gravitația) prin intermediul unuia pe care îl cunosc mai bine (teoria cuantică a câmpurilor). De aproape trei decenii, aceștia lucrează cu pasiune la un „dicționar” care le arată cum să traducă piesele și mutările dintr-o parte în echivalentele lor din cealaltă.
Există însă rezerve. Forma spațiu-timpului AdS este, într-un anumit sens, opusă formei spațiu-timpului în care trăim noi. De aceea, fizicienii se întreabă ce lecții învățate din corespondența AdS/CFT - dacă există - pot fi aplicate lumii noastre.
Unii fizicieni speră că toate tipurile de spațiu-timp funcționează după aceleași principii și că o teorie cuantică încă nedescoperită va permite ocolirea gravitației și în universul nostru. Până atunci, AdS/CFT îi îndrumă spre răspunsuri și tehnici promițătoare care pot fi ulterior adaptate la contexte mai realiste.
Ce este nou și relevant
Corespondența AdS/CFT nu a apărut din neant. Ea reprezintă cel mai concret exemplu al unei proprietăți mai generale a gravitației la care fizicienii reflectau de ani buni, cunoscută drept „principiul holografic”.
Spațiu-timpul AdS este ca un volum, în timp ce particulele cuantice corespunzătoare din CFT există pe suprafața care înconjoară acel volum.
Astfel, „jocul cuantic” are o dimensiune mai puțin decât „jocul gravitațional”, ca și cum partida de dame ar ascunde nu șahul obișnuit, ci o versiune tridimensională a șahului din Star Trek.
Situația amintește de o hologramă, unde o imagine 3D se proiectează dintr-o suprafață 2D.
Primele indicii că gravitația și spațiu-timpul pot avea această natură holografică au apărut în lucrările lui Stephen Hawking despre găurile negre din anii '70.
Holografia a revenit recent în prim-plan, ajutând la clarificarea unei enigme care l-a preocupat pe Hawking toată viața: ce se întâmplă cu materia care cade într-o gaură neagră? Supraviețuiește ea, deși într-o formă complet amestecată, ca o carte arsă transformată în căldură, fum și lumină? Sau este literalmente ștearsă din univers?
Adepții AdS/CFT au susținut de mult că informația dintr-o gaură neagră din spațiul AdS trebuie să supraviețuiască, deoarece partea cuantică a corespondenței nu permite ștergerea informației.
Cu câțiva ani în urmă, o serie de descoperiri au generalizat o serie de idei asociate AdS/CFT și au arătat că informația supraviețuiește și în găurile negre din spațiu-timpuri realiste. Iar mai recent fizicienii au folosit instrumentele holografice pentru a se apropia de înțelegerea a ceea ce se întâmplă în interiorul profund al găurilor negre.
Holografia — sub forma AdS/CFT și în alte variante — s-a extins și în alte domenii ale fizicii. Ori de câte ori există un sistem cuantic, acesta poate fi pus în corespondență cu un sistem gravitațional, oferind astfel o nouă perspectivă. În acest mod, fizicienii au folosit holografia pentru a studia materiale exotice numite „metale ciudate”. În sens invers, experimentatorii explorează colecții de particule cuantice care ar putea, într-o zi, răspunde la întrebări despre un spațiu-timp echivalent.
Toate aceste eforturi sunt însă doar exerciții preliminare pentru marele premiu final: o explicație completă a universului nostru și a nașterii sale. Unele grupuri au făcut pași timizi către un model holografic al spațiu-timpului real, dar viitorul acestei direcții rămâne incert.
Traducere după QuantaMagazine după un text de CHARLIE WOOD.
Imagine: QuantaMagazine.
