Una propiedad cuántica conocida como «magia» puede ser la clave para comprender cómo se originó el espacio-tiempo, según un nuevo análisis matemático que lo vincula con la naturaleza caótica de los agujeros negros, sugieren los físicos de RIKEN.
Los físicos relacionan las propiedades cuánticas de la «magia» con la naturaleza caótica de los agujeros negros por primera vez.
Una propiedad cuántica conocida como «magia» puede ser la clave para explicar cómo surgieron el espacio y el tiempo, sugiere un nuevo análisis matemático realizado por tres físicos de RIKEN.
Es difícil imaginar algo más fundamental que el espacio-tiempo como base del universo, pero los físicos teóricos cuestionan esta suposición. «Los físicos han creído durante mucho tiempo que el espacio y el tiempo no son fundamentales, sino que se derivan de algo más profundo», dice Kanato Goto de RIKEN Interdisciplinario Teórico y Ciencias Matemáticas (iTHEMS).
Una vista del agujero negro supermasivo M87. Los físicos teóricos de Rickenbacker vincularon por primera vez la naturaleza caótica de los agujeros negros con la naturaleza cuántica de la magia. Crédito: Colaboración EHT
El concepto recibió un impulso en la década de 1990 cuando el físico teórico Juan Maldacena relacionó la teoría de la gravedad que gobierna el espacio-tiempo con una teoría que involucra partículas cuánticas. En particular, imaginó un espacio imaginario que podría pensarse como si estuviera encerrado en una lata de sopa infinitesimal o en una «masa» que contiene objetos como agujeros negros unidos gravitacionalmente. Maltasena también imaginó partículas moviéndose en la superficie de la lata gobernadas por la mecánica cuántica. Se dio cuenta de que una teoría cuántica utilizada para describir partículas en el límite matemático era equivalente a una teoría de la gravedad que describía los agujeros negros y el espacio-tiempo como un todo.
«Esta relación implica que el espacio-tiempo en sí mismo no es fundamental, sino que surge de alguna naturaleza cuántica», dice Goto. «Los físicos intentan comprender la propiedad cuántica clave».
Kanato Goto y dos colegas han realizado un análisis utilizando agujeros de gusano que arroja luz sobre la paradoja de la información del agujero negro. Crédito: © 2022 RIKEN
El entrelazamiento cuántico es el factor más importante que une las partículas sin importar qué tan separadas estén: el pensamiento original era que cuantas más partículas entrelazadas en el límite, más suave es la brecha en la masa.
«Pero considerar el nivel de entrelazamiento en el límite no puede explicar todas las propiedades de los agujeros negros, por ejemplo, cómo crecen sus interiores», dice Goto.
Entonces Goto y los colegas de iTHEMS, Tomoki Nosaka y Masahiro Nozaki, buscaron otra medida cuántica que se ajuste al sistema de límites y se pueda mapear como un todo para describir los agujeros negros de manera más completa. En particular, señalaron, los agujeros negros tienen una naturaleza caótica que necesita ser descrita.
“Cuando tiras algo[{» attribute=»»>black hole, information about it gets scrambled and cannot be recovered,” says Goto. “This scrambling is a manifestation of chaos.”
The team came across ‘magic’, which is a mathematical measure of how difficult a quantum state is to simulate using an ordinary classical (non-quantum) computer. Their calculations showed that in a chaotic system almost any state will evolve into one that is ‘maximally magical’—the most difficult to simulate.
This provides the first direct link between the quantum property of magic and the chaotic nature of black holes. “This finding suggests that magic is strongly involved in the emergence of spacetime,” says Goto.
Reference: “Probing chaos by magic monotones” by Kanato Goto, Tomoki Nosaka and Masahiro Nozaki, 19 December 2022, Physical Review D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.106.126009
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