principio holográfico

Imaginen una sala enorme donde miles de barrenderos barren el suelo al mismo tiempo. Cada uno conoce solo su tramo y empuja la basura hacia la pared más cercana, sin preguntar a ningún supervisor. Antes se pensaba que este enfoque era imposible para un ordenador cuántico: hay demasiados errores y hace falta un cerebro central que vea el conjunto.

El principio holográfico se compara a menudo con un holograma: toda la información sobre el volumen está registrada en una superficie plana.

Un agujero negro lo absorbe todo, incluso la luz. Pero no viola las leyes de la física: tiene entropía, una medida de la información oculta que el objeto «recuerda».

El Universo resonó intensamente en sus primeros instantes. En la era de la inflación, cuando el espacio se expandía más rápido que la luz, las energías eran monstruosas — billones de veces mayores que en el Gran Colisionador de Hadrones.

Un agujero negro enfriado casi hasta el cero absoluto se asemeja a un instrumento musical con un único conjunto de notas posibles. Golpéalo y no responderá con cualquier sonido, sino solo con un conjunto estrictamente definido de frecuencias.

El agua se convierte en hielo a cero grados: de golpe, sin estados intermedios. Algo parecido ocurre con la complejidad cuando tomamos un estado cuántico aleatorio de un sistema completo y miramos solo una parte. Mientras esa parte ocupa menos de la mitad del sistema, su complejidad crece suavemente. Pero en cuanto la proporción supera el 50%, se produce un salto.

En el centro de la mayoría de las galaxias se esconden agujeros negros supermasivos, los amos de la gravedad. Desde 2019, gracias a la interferometría de línea de base muy larga, vemos sus sombras: siluetas oscuras sobre un fondo de gas brillante. Pero, ¿qué es exactamente lo que dibuja esa sombra?

El horizonte cosmológico —el borde del universo observable, que se expande aceleradamente— es como una caja fuerte con temporizador. La información sobre lo que cruza esta frontera no desaparece, sino que regresa, pero con retraso. Los físicos han averiguado cuánto dura esa pausa.

El principio cosmológico —la afirmación de que el Universo a gran escala es homogéneo e isótropo— ha custodiado nuestra comprensión del mundo desde los tiempos de Edwin Hubble y Georges Lemaître, cuyas ideas sentaron las bases del modelo del Big Bang.

¿La constante cosmológica de Einstein fue un error lamentable o una revelación que regresó como un bumerán? La aceleración del Universo tomó por sorpresa a los físicos: ΛCDM funciona, pero ¿por qué la energía del vacío es tan ridículamente pequeña?

Nuestro universo se expande y su futuro, según los cosmólogos, es un espacio de de Sitter vacío y frío. Comprender su naturaleza cuántica es como intentar leer un libro mirando solo la portada.

Borrar un solo bit significa liberar calor. Este descubrimiento de Rolf Landauer insinuó que la información no es material, pero tampoco ilusoria. Imagina que cada suceso proyecta una sombra: eso es la información, el conjunto de todas las posibilidades no realizadas.

Si aplaudes en una habitación vacía, el eco revelará su tamaño y forma. Cada objeto —una silla, un libro, una persona— añade su propia firma a ese eco: el sonido se refleja en él de una manera particular. Los autores del artículo han ideado cómo reescribir por completo esa firma sonora. Rodearon una región del espacio con una superficie cerrada de micrófonos y altavoces.

La luz de una bombilla común parece completamente caótica: sus ondas oscilan de manera descoordinada, como una multitud en la que cada persona camina en una dirección distinta. A esa luz se la llama incoherente.

El espacio-tiempo no es una hoja lisa, sino un tejido arrugado: las estrellas y los planetas dejan pliegues en él. En cada pliegue hay información almacenada, y para borrarla, habría que liberar calor, así funciona el principio de Landauer. Es decir, la 'arruga' del espacio se puede medir a través de la entropía, la medida universal del desorden.

Quien busca las llaves repasa mentalmente los lugares donde podrían estar. Un ave que en otoño escondió cientos de semillas en rendijas las encuentra en invierno sin equivocarse. ¿Cómo cabe tanta información en el cerebro si todos tenemos aproximadamente el mismo número de neuronas? La respuesta está en la geometría.

El Universo suena como una orquesta: sus notas son las ondas gravitacionales, ondulaciones del espacio-tiempo predichas por Albert Einstein. Los observatorios LIGO intentan captarlas, con la sensibilidad que les proporcionó Rainer Weiss.

En un anillo-toro la teoría vive en la superficie, y en su interior se oculta un espacio curvado, como una silla de montar que se ensancha hacia el borde. Según el principio holográfico de Juan Maldacena, todo lo que ocurre dentro puede describirse con datos en la frontera.

A mediados del siglo XX, Roger Penrose describió el agujero negro mediante el concepto de «superficie atrapada», una región donde incluso un rayo de luz dirigido hacia afuera cae inevitablemente hacia el centro. Una situación familiar para todos: el agua en el remolino del lavabo se va irremediablemente por el desagüe.

Una piedra lanzada a un estanque deja círculos que se expanden en el agua. En la física cuántica, el papel de esos círculos lo desempeñan ecuaciones que relacionan las propiedades de las partículas. Recientemente, los matemáticos propusieron un conjunto de tales ecuaciones para un mundo sin gravedad, pero con un gran número de "grados de libertad", algo así como las ondas complejas en el agua.

Una gota de crema cae en una taza de café y, en un minuto, toda la bebida se vuelve beige. Este proceso de mezcla se puede medir: ¿cuánto hay que "remover" una distribución de partículas para convertirla en otra? En matemáticas, este enfoque se llama transporte óptimo, y la medida del esfuerzo, distancia de Wasserstein.

El borde visible del Universo es una pantalla holográfica que, al igual que un agujero negro, obedece las leyes descubiertas por Bekenstein y Hawking. Normalmente, la información en él se conserva, pero los cálculos muestran que si se pierden unos pocos bits, se libera energía que acelera la expansión.

Los agujeros negros primordiales —objetos hipotéticos surgidos en los primeros instantes tras el Big Bang por el colapso de fluctuaciones superdensas—, según la predicción clásica de Stephen Hawking, deberían haber desaparecido hace mucho tiempo: evaporarse por completo mediante radiación cuántica, como un charco de agua que se desvanece bajo los rayos…

Según una hipótesis física, nuestro mundo volumétrico podría ser una proyección desde una superficie plana. De tal Universo a veces se desprenden pequeñas burbujas cerradas — universos bebés. Durante mucho tiempo se consideraron vacíos, carentes de diversidad interna.