#FísicaMaciza. El Universo NO es un holograma: los 7 secretos de la Esfinge (parte 1)

por Diego Vidal Cruz-Prieto
@vidaleando

A nadie le importa un carajo la ciencia o sus aplicaciones hasta que le detectan cáncer.

Este tema no vino de una votación. Vino de pedido directo.

Es buen momento para que el @vidaleando escriba algo sobre la nota que anda pululando por ahí sobre el universo holográfico.

— Gustavo Espíndola (@tiltednullcone) February 1, 2017

Por lo que vamos a matar dos piedras de un pajarazo: aprenderemos tanto de física como una de las facetas más comunes de la democracia, el nepotismo.
Ahora bien, ¿por qué elegimos este tema? Porque hubo mucha discusión al respecto y nuestra querida prensa hizo lo de siempre: no leer la fuente original y escribir lo que el conocimiento y lugar común les dan a entender sobre un tema, por lo que les pido que vean este texto uno de rescate, prometiendo uno subsecuente donde explicaré poco a poco las cosas.

¿Que decía la nota?

Muchos medios, entre ellos La Jornada, copiaron y pegaron la nota de Europa Press, que empezaba así: un nuevo estudio proporcionó lo que los investigadores creen que es la primera evidencia observacional de que nuestro universo podría ser un vasto y complejo holograma.
Y ya desde ahí pinche empezamos mal. Ya que si vamos al abstract del artículo no dice nada de eso por ahí; aquí es donde me dicen: “pero Vidal, lol. El otro día en una reunión dije que no había leído Cien Años de Soledad y todos me vieron feo; luego dije que no sabía que era la segunda ley de termodinámica y todos rieron conmigo, lol.” Va, entiendo y es por eso que acá va la traducción: ponen a prueba diversos tipos de modelos para universos tempranos y concluyen que son “competitivos” con el modelo más popular actualmente, el “modelo estándar” de la cosmología conocido como CDM.

¿Que vergas es cosmología?

La relatividad general de Einstein nos dice que el espacio-tiempo tiene una naturaleza dinámica, eso quiere decir que todo el espacio-tiempo que implica el universo evoluciona en el tiempo. La cosmología estudia al universo en el sentido que construye su historia, la cual más o menos va así según el modelo CDM.
1. Creación, por el momento conocida como “Big Bang”, que es un nombre elegante para decir que no tenemos ni idea de que pasó ahí.
2. Inflación, el cual es un recurso para explicar de qué modo pudo haber alcanzado equilibrio termodinámico; por el momento no la comprendemos nada bien.
3. La era de oscuridad donde toda la materia se encontraba tan revuelta que la luz no dejaba de rebotar y por ende estábamos en un universo opaco.
4. La liberación de partículas, entre ellas la luz. Dándonos así una foto del universo cuando era un niño.
5. Nucleosíntesis, como se empezaron a formar los elementos.
6. Formación de estructura, como se formaron las nebulosas, galaxias, etcétera.
7. Observaciones de hoy en día, expansión del universo.
De nuevo, lo turbo resumí; y creo que el punto número cuatro siempre levanta un par de cejas, por lo cual acá dejo una foto del universo bebé, no en su concepción, sino muy joven.

Incidentalmente, el Drakkar en una ocasión zarpó en las aguas de la cosmología. Cuando en el abstract leemos el término universo temprano, se refiere a que a lo sumo estudiaron hasta el punto número tres, mientras que nosotros vivimos en el punto número siete.

¿Entonces no vivimos en un holograma?

No, de hecho no; al menos no actualmente según los modelos que se trataron de probar en este trabajo; de hecho, alguien sí se tomó la molestia de que su empleo le importara al menos un carajo y llamó a uno de los autores: Afshordi, el cual dijo:

…no están diciendo que vivimos en un holograma actualmente. Están sugiriendo que en las etapas más tempranas del Universo – algunos cientos años después del Big Bang – todo se encontraba en una frontera 2-dimensional y se proyectaba a un espacio 3-dimensional.

Entonces, si la teoría es correcta, por unos momentos el Universo sí llegó a ser un “holograma”, aunque ahorita vamos a ver que no es el clásico holograma de las papas, del museo del niño o de los aceites, sino que es una idea mucho más sutil y compleja. Pero antes de seguir, me gustaría seguir destacando partes del abstract, donde incluso mencionan que predicen un espectro de potencias similar al que sugiere CDM, pero con un gran ajuste a los datos. Además, mencionan que al hacer un análisis Bayesiano CDM lo hace mejor, pero que con esto pueden empezar a descartar modelos, dando un ejemplo de uno que ha quedado descartado. Otro término que mencionan es el de teoría cuántica de campo, pero eso lo dejo para la segunda parte de esto.

¿De que va la holografía?

La holografía es un modo de atacar problemas, nos damos cuenta que la frontera de una región contiene la misma información que la región; la ventaja de trabajar con la frontera es que usualmente es menor y por ello más sencillo. Tomen por ejemplo una bola, sabemos que su volumen es V=(4/3)πR^3, donde R es el radio. Pero por otra parte sabemos que su superficie es S=4πR^2, es decir, al medir la superficie automáticamente sabemos el volumen, dicho de otro modo, información de una frontera dos-dimensional nos arrojó todo lo que necesitábamos saber del espacio tres-dimensional.
Acá me pueden decir que no mame, que la esfera tiene un chingo de simetría y que incluso podía medir simplemente el radio – una cantidad uno-dimensional – y que acaban. Tienen razón, de hecho eso también es holografía, y la razón de porqué es tan fácil hacerlo en el caso de la esfera es porque es un objeto infinitamente simétrico. Las simetrías codifican mucha información de la geometría, tomen por ejemplo un triángulo; si yo les digo que lo tienen que rotar 72 grados cinco veces para que la cosas se ve igual, sabemos que estoy generando un pentágono pero con una cosa más pequeña y la simetría que lo genera.
Pero si pierdo la simetría no es tan sencillo, tomen la bola y defórmenla en un elipsoide, denle gusto a Drake.

Acá la cosa cambia, pero aún así podemos saber el volumen a partir de medir la superficie y el tamaño de los tres ejes de la elipse; esto generaliza a la esfera pero es el mismo concepto: la información tres-dimensional está contenida en la frontera dos-dimensional.
Ahora volvamos a generalizar un poco las cosas y de paso introducimos el concepto de información. La entropía es como La Biblia, todos la citan pero nadie se molesta en conocerla; muchos dicen: “wey, pus, lol, la entropía es como que, desorden no? Jeje.” Pues no, chingados. La entropía está ligada al concepto de estado, el cual podemos entenderlo como la configuración de un sistema; a cierta energía el sistema tiene ciertos estados accesibles, la entropía provoca que el sistema siempre pueda acceder a los mismos o más, nunca a menos. Esto amiguitos, se llama la segunda ley de la termodinámica.

Ahora, ¿por qué aunque parezca esto desorden, no lo es? Por primera vez en la vida, #FísicaMaciza los exhorta a hacer un experimento. Vayan a la cocina por una caja de cerillos y hagan un desmadre en el que estén todos enredados, quieren que parezcan una portada de Death o Thrash Metal, todo este desvergue tiene que ser dentro de la caja. Posteriormente agítenlos, o como se dice en latín, denle su chaquetita; al abrir la caja verán que todos están alineados, menos desordenados. Si ustedes trataron de hacer este experimento con la caja abierta, un encendedor o una vela, reflexionen qué pedo con su vida.
¿Por qué se alinearon? Por que al estar hechos un desvergue casi no podían moverse, en cambio al alinearse tienen mas capacidad de movimiento, aumentando así el número de estados accesibles del sistema, and that is entropy folks! Ustedes pueden empezar a debrayar, pero me gustaría llevar esto a un hoyo negro. Supongan ustedes que les doy un tanque de gas y una nave espacial, y que como vieron Fear and Loathing in Las Vegas deciden ir hacia un hoyo negro. Si ustedes avientan el gas al hoyo negro, se lo tragaría y reduciría la entropía del universo, es decir, le da en la madre a la segunda ley de la termodinámica.
O, podrían asumir que los hoyos negros poseen entropía, así que al absorber el gas la entropía del sistema gas-hoyo incrementa o se queda igual; pero, suena algo descabellado que un hoyo negro tenga entropía, no? Pues sí, pero también suena descabellado que el PRI siga en el poder y ahí anda chingando diario. Hawking se hizo famoso por varias cosas, entre ellas demostrar que la entropía de un hoyo negro es proporcional a su área.
Acá lo importante es lo que acabo de decir, ya que la entropía también es una medida de la riqueza de información; a medida que el sistema pueda acceder a más estados se vuelve mas complejo y por ello acarrea más información; es por eso que el hoyo negro es un gran ejemplo de holografía, ya que explícitamente me dice que la información de lo que le he echado al hoyo negro está relacionada al tamaño de su superficie, no del volumen. This is dope as fuck.

Juan Maldacena, hizo esto pensando en un espacio-tiempo (una geometría pues) de 11 dimensiones y es así como se entiende la holografía hoy en día, donde ahora se considera que la información 11-dimensional está contenida en una frontera 10-dimensional, y la información no es un concepto banal, pues al llegar a este espacio de 10 dimensiones tenemos que separarlo en las 4 que habitamos y las otras 6, que contienen la información de las partículas; puede sonar complicado pero como veremos en la siguiente #FísicaMaciza no lo es.
Ahora, este estudio es importante ya que hay otro tipo de holografías como las que se proponen donde se va de tres a dos dimensiones espaciales; por una multitud de razones a los físicos nos mama hacer gravedad en dos dimensiones espaciales ya que todo se vuelve mucho más sencillo y al tratar de cuantizar la teoría, no fracasamos miserablemente como usualmente nos pasa. Al parecer a la gravedad cuántica le encanta estar en dos dimensiones, pues en vez que de que las cosas estén en términos de distancias están en términos de otras cantidades; al no necesitar distancia, el manejo de la teoría según la escala de observación se vuelve mucho más sencillo y nos deja de escupir infinitos en los cálculos, lo cual nos ha frustrado por más de 80 años. Esto suena muy intenso, pero acá se las suelto despacito.
En fin, para esta primera entrega podemos concluir que los únicos que siguen viviendo en un holograma propiciado por una crisis de ética profesional son nuestros amigos de la prensa. Aquellos que le tienen poco respeto tanto a la ciencia como a su público, y no consideran importante seguir consecuentemente una noticia. No critico el hecho de que no tengan a un experto en ciencia en su equipo, critico que ni siquiera se tomen la molestia de hablarle a alguien.
Me molesta que supongan que la gente es idiota y que por ende no hay que tomarse el tiempo de explicar; que crean que las notas de ciencia simplemente andan haciendo cameos en el mar de mierda que se dedican a tejer y propagar. Me molesta que se les haga tan sencillo jugar con la vida de la gente.
Estén al pendiente de futuras votaciones con el hashtag: #VotaMacizo, manden todas sus preguntas con #DudaMaciza.