nihil alienum

la Gravedad Cuántica de Bucles de Lee Smolin

dandan | 15 Abril, 2007 17:19 | del.icio.us latafanera.cat meneame.net technorati.com

Esta mañana me he desayunado con el té verde habitual y un espectacular artículo sobre la Gravedad Cuántica de Bucles (ha resultado algo parecido al Desayuno Psicodélico de Alan). La Gravedad Cuántica de Bucles (Loop Quantum Gravity) es una teoría que pretende unificar la relatividad con la mecánica quántica, una de las tareas pendientes que tiene hoy la física, y está siendo desarrollada por el equipo que dirige Lee Smolin en el Perimeter Institute de Ontario, Canadá. El artículo original se llama "You are made of space-time", de Castelvecchi y Jamieson, y lo ha traducido Ciencia Kanija.

Lo que me ha llamado la atención ha sido el enfoque que iba dando el artículo: explicar todas las partículas elementales (electrones, quarks, neutrinos y demás) a partir de una partícula hipotética previa, el préon, que en lugar de ser puntual tendría longitud y anchura y que daría lugar a las demás a partir de diversas maneras de entrelazarse sobre si misma. Pongo la imagen para que se entienda mejor.

Esto es física teórica, y lo que se propone es un modelo. Supongo que el proceso es lanzar la idea, ver si es consistente y a donde lleva, y encontrar luego la manera de validarla empíricamente. El artículo explica muy bien el proceso por el que la idea ha ido ganando consistencia, pero lo que me ha resultado realmente espectacular es a donde puede llevar.

La hipótesis que manejan es que las partículas no sean más que trenzas enredadas de diferente manera en el espacio-tiempo, que serían entonces la fuente de la materia y la enegía. Un problema muy curioso que tiene la mecánica cuántica es poder explicar en sus propios términos la gravedad que tan bien queda explicada en los términos de Newton o de Einstein. El ámbito de la mecánica cuántica parece demasiado inestable para poder calcular la gravedad, y de hecho (según he leído) la NASA continúa usando a Newton para estos menesteres. Esta falta de estabilidad afectaría también la permanencia necesaria de este trenzado originario. Era un problema a resolver, y lo curioso es que lo han resuelto a partir de cálculos basados en la computación cuántica. Copio un trozo:

Mientras los ordenadores tradicionales almacenan información en bits que pueden tomar valores de 0 y 1, los ordenadores cuánticos usan "qubits" que, en principio al menos, pueden ser 0 y 1 a la vez, lo que hace de la computación cuántica una potente idea. La delicada dualidad de cada qubit individual lo pone siempre en riego de pérdida como resultado de las interacciones con el mundo exterior, pero los cálculos han demostrado que los conjuntos de qubits son mucho más robustos de lo que en principio se esperaba, y que los datos almacenados en ellos pueden sobrevivir a toda clase de perturbaciones. En la versión de Markopoulou y Kribs de la Gravedad Cuántica de Bucles, consideran que el Universo es un gigantesco computador cuántico, donde cada cuanto de espacio es reemplazado por un bit de información cuántica. Sus cálculos demostraron que la resistencia de los qubits preservaría las trenzas cuánticas en el espacio-tiempo, explicando cómo las partículas pueden tener un tiempo de vida tan largo en medio de la turbulencia cuántica. Smolin, Markopoulou y Bilson-Thompson ahora han confirmado que las trenzas de este espacio-tiempo pueden producir las partículas más livianas del Modelo Estándar - el electrón, los quarks "up" y "down", el neutrino electrón y sus pares de antimateria (www.arxiv.org/abs/hep-th/0603022).

Casi me atraganto con el té cuando he leido esto. No estaba preparado a esas horas de la maña..., bueno, a esas horas, para sustituir la materia por información. Pero lo más fuerte estaba esperando en las conclusiones, son conclusiones hipotéticas, pero estos físicos ultimamente tampoco se cortan un pelo, y están compitiendo en plan de igualdad con Pink Floyd y con quién se les ponga por delante. Al tanto:

Mientras tanto, la visión de Markopoulou del Universo como un gigantesco ordenador cuántico podría ser algo más que una analogía útil: podría ser cierta, de acuerdo con algunos teóricos. Si es así, hay una asombrosa consecuencia: el espacio mismo podría no existir. Reemplazando los trozos de espacio de la Gravedad Cuántica de Bucles por los qubits, lo que solía ser un marco de referencia - el mismo espacio - se transforma en una red de información. Si la noción de espacio deja de tener sentido a la escala más pequeña, dice Markopoulou, algunas de las consecuencias podrían haber sido aumentadas por la expansión siguiente al Big Bang. "Mi suposición es que la no existencia de espacio tiene efectos medibles, sólo si puedes mirar." Debido a que es bastante complejo centrar tu mente en lo que significa que no exista espacio, añade.

Pues muy bien. No sé si la analogía será finalmente cierta, pero me han dado un desayuno espectacular. Vale la pena leerse el artículo entero, porque tiene más teclas de las que he puesto aquí. Que aproveche.

Comentarios

Mi no entender

Cadorna | 16/04/2007, 15:59

Ya quisiera yo que alguien me explique esto, que no entiendo nada, y no por falta d einterés, sino por estrechez mental. No obstante, acá hay otro que también dice que unificó la teoría de la relatividad con la física cuántica; para este tío, todo era un problema de escala. Miren sino (y que alguien me lo explique también; no hay por allí algún libro "Física cuántica para dummies"?):
http://www.tendencias21.net/La-Relatividad-de-Escala-descubre-el-Universo-como-una-gran-funcion-de-onda_a1500.html

Re: la Gravedad Cuántica de Bucles de Lee Smolin

rez | 16/04/2007, 21:20

Wow!! Genial!

Leyendo el post y parte del articulo he visto ciertas relaciones entre esta teoría y la de supercuerdas, basicamente en el modelo de trenzado energético para dar lugar a partículas elementales.

Esta relación para mí, sin quitarle originalidad a la idea base, refuerza la posterior carambola de ir más allá de la analogía quantica para establecer una "realiad quantica" que me parece muchísimo más próxima a la complejidad inherente a un sistema caótico.

Pero lo que más me fascina es como la nueva física plantea modelos que "de refilón" comienzan a explicar o relacionar el componente psicológico humano, nuestra consciencia, como un elemento "modelador" de la realidad.

Re: la Gravedad Cuántica de Bucles de Lee Smolin

dandan | 16/04/2007, 23:11

maldita sea, Rez, tengo que enterarme de qué va esto de las supercuerdas porque me las voy encontrando por todas partes y siempre lo dejo para más tarde. Hay una parte fascinante en la relación entre una realidad cuántica y un sistema caótico y es la emergencia de estructuras que invierten la entropía, y parece que esto de la VIDA va por aquí. Yo también veo esa relación creciente en física entre la conciencia, como herramienta para medir, y la realidad medida. La realidad parece cada vez menos un paisaje fijo y ajeno, como un juego a dos bandas. Estamos dentro, formamos parte, e igual lo que hacemos es crear patrones en el neo-cortex que sirvan para alojar mejor los nuevos datos, pero esos mismos patrones están actuando ya sobre las rutas de los datos que van entrando. Y puede que este proceso de retroalimentación de la información sea aplicable a cualquier escala, a cualquier escala. Anda si resulta que la materia es información!

pues toma información

rez | 17/04/2007, 02:21

Sobre tu última frase: "Anda si resulta que la materia es información!", aqui te dejo esto que he ido sacando de la la red:

LUZ Y MATERIA UNIDAS(enlace astroseti)
Albert Einstein y casi todos los demás físicos insistían en que la luz viaja a 300 000km/s en el espacio libre, y que no puede acelerarse ni decelerarse. Pero en 1998, Hau, por primera vez en la historia, deceleró la luz a 60 kilómetros por hora, más o menos la velocidad del tráfico en hora punta.

Lene Hau detuvo por completo la luz en una nube de átomos ultrafríos. Posteriormente, reinició la luz paralizada sin cambios de ninguna característica, y la envió por su camino.

Ahora Profesora Mallinckrodt de Física y Física Aplicada, Hau ha vuelto a lograrlo. Ella y su equipo hicieron desaparecer a un pulso de luz en una nube fría y luego lo recuperaron en otra nube cercana. En el proceso, la luz se convirtió en materia y de nuevo en luz. Por primera vez en la historia, esto da a la ciencia una forma de controlar la luz con materia y viceversa....

Teletransportan información cuántica de la luz a la materia(enlace articulo)
La noticia no tiene nada que ver con el mítico "teletranspórtame Scotty" en el que están pensando los amantes de Star Trek, sino que acerca un poco más a la realidad la comunicación y la computación cuántica.

Hasta ahora los científicos habían teletransportado objetos similares, tales como luz o unos pocos átomos durante cortas distancias de un punto a otro en una fracción de segundo.

Pero el profesor Eugene Polzik y su equipo en el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Compenhague en Dinamarca han logrado todo un avance usando tanto luz como materia.

Para gente visionaria como tu y yo (je) queda claro que la materia es información, ¿no?

Re: la Gravedad Cuántica de Bucles de Lee Smolin

Kanijo | 17/04/2007, 11:44

Hola, me alegro que te haya interesado el artículo y gracias por enlazarlo. Si te interesa profundizar en el tema de la teoría de cuerdas te recomiendo un par de artículos (sin ánimo de spamear)

http://cienciakanija.wordpress.com/2007/04/02/la-teoria-de-cuerdas-una-introduccion-detallada-i/
http://cienciakanija.wordpress.com/2007/04/02/teoria-m-la-madre-de-todas-las-supercuerdas/

Un saludo

Re: la Gravedad Cuántica de Bucles de Lee Smolin

dandan | 17/04/2007, 21:56

Hostia Rez, vaya con estos daneses. El experimento de Lene Lau parece definitivo y, aunque las aplicaciones de que hablan se centran en el almacenamiento y circulación de la información, esta frase de Lau es un percutor: "Tal sistema luz-materia materia-luz "es algo maravilloso sobre lo que usar tu cerebro", medita Hau". Sobre todo si le añades que el ADN TAMBIÉN es información. Sobre los experimentos de teletransportación había leído algo, a menor escala, pero lo que me ha llamado la atención es que la clave del experimento sea la luz funcionando como portador de entrelazamiento. He estado mirando en la wikipedia, y el entrelazamiento es la conexión instantánea que mantienen dos electrones o dos fotones con un origen común (un electrón/fotón padre que se divide) aunque estén muy alejados físicamente. Lo curioso es que estos días he leído que el DARPA le ha negado una subvención a un físico de la universidad de Washington, John Cramer, para un experimento que pretendía demostrar el VIAJE HACIA ATRÁS EN EL TIEMPO de un fotón, basado en ese mismo principio de entrelazamiento. La noticia está en:

http://es.theinquirer.net/2007/04/11/a_un_cientifico_no_le_financia.html

pero copio aquí un trozo (por cierto, me tienes que explicar cómo has metido un link en tu comentario, porqué yo no sé hacerlo):

Cramer tiene la teoría de que el tiempo no pasa, como Stephen Hawkins considera, en un solo sentido. Se ha estrujado la cabeza con un problema denominado la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen.

Que es la que dice que dos partículas subatómicas derivadas de una sola continúan influyéndose en el comportamiento mutuo, no importa lo lejos que estén.

En 1986 propuso una solución a esta paradoja que llamó la "interpretación transaccional" o teoría cuántica. Esta teoría dice que algunos tipos de señales pueden viajar tanto hacia delante como hacia atrás en el tiempo entre dos fotones. Todo lo que necesita ahora es demostrarlo mediante experimentos.

Lo que necesita es dividir un fotón, y enviar los dos fotones "enredados" a través de dos caminos muy distintos usando cables de fibra óptica. Usando el tipo de cosas que solo los científicos comprenden Cramer podría saber si uno de los dos fotones viajó en el tiempo.

Re: la Gravedad Cuántica de Bucles de Lee Smolin

dandan | 17/04/2007, 22:04

gracias por los artículos, kanijo, me voy a poner a ello porque ya está siendo urgente (y felicitaciones por el blog).

Re: la Gravedad Cuántica de Bucles de Lee Smolin

rez | 18/04/2007, 00:29

Te mando como poner links por correo que si no aqui no los verás, por que interpreta el codigo y se hace invisible.

Por otra parte, el entrelazamiento crea una paradoja por que para que la modificación de un fotón afecfte a otro se tendría que violar el principio de CAUSALIDAD.

Obviamente, conseguirlo en la práctica, que es lo que se está haciendo ya de una forma habitual, supone de hecho hacer saltar por los aires el omnipresente principio segun el cual el viaje en el tiempo (sea de información o de materia) es imposible. Algo que la fisica relativista, paradójicamente, también prevee como teóricamente plausible.

¿Nos acercamos a algo realmente gordo?

Parece que todo es nada y nada es todo.
Y en el recorrido de esa frase, se crean y destruyen universos.

Re: la Gravedad Cuántica de Bucles de Lee Smolin

rez | 18/04/2007, 01:02

brutales los artículos de Kanijo!

Re: la Gravedad Cuántica de Bucles de Lee Smolin

Kanijo | 18/04/2007, 13:23

Realmente creo que estamos llegando a los límites de la física actual y que se necesita un nuevo paradigma, una nueva idea que ofreca un cambio radical de nuestra percepción del universo y que nos ayude a modelarlo de una forma más estricta.

Acabo de publicar una entrada en mi blog que da un nuevo modelo matemático para este camino hacia una teoría unificada, es pero que os interese:

Los matemáticos sugieren que las dimensiones extra serían temporales

Coincido con rez, nos acercamos a algo gordo, sólo necesitamos ahora que la física demuestre lo que intuimos con las matemáticas, el LHC puede ser la clave...
Un saludo

Re: la Gravedad Cuántica de Bucles de Lee Smolin

dandan | 18/04/2007, 23:35

Rez, realmente la causalidad en todo esto se está quedando estrecha. De hecho, la causalidad no es más que una manera de entender la influencia de unos sucesos sobre otros encuadrada dentro del tiempo unidireccional al que estamos acostumbrados: la causa suele se anterior y el efecto posterior. Pero el entrelazamiento supone (creo) una "influencia" en paralelo y sincrónica, lo que le pasa a un fotón le pasa al otro en el mismo momento, una... algo así como una influencia lateral. Por otra parte, en los sistemas complejos, un efecto puede revertir sobre la causa creando un proceso circular en el que al final se hace difícil distinguirlos. Es verdad, al pobre principio de causalidad le están dando muchos palos últimamente, pero igual este principio solo es la punta del iceberg de un mundo de interrelaciones bastante más complicado, y puede que su suerte también esté ligada a cuantas dimensiones temporales acabamos manejando.

Kanijo, de acuerdo con Rez y contigo, esto es gordo, y es lo que lo hace apasionante. Para mi lo interesante es, por un lado, cuando el paradigma actual no proporciona respuestas a nuevos datos empíricos, y por otro, la abundancia de hipótesis matemáticas que exploran nuevos caminos. Hay efervescencia, y esto suele ser señal de un nuevo paradigma (con todo el estira y afloja que suele precederle). Vaya hueso duro que has puesto (LHC). No soy matemático y solo puedo tratar de entenderlo intuitivamente, y me faltan un montón de datos sobre los puntos de partida que utiliza. En concreto sobre el concepto de trialidad de Cartan, que parece garantizar esa
curiosa simetría trinitaria (he estado buscando en Google pero no he encontrado gran cosa).

Tal como lo explica parece un argumento circular (y alucino con esto porque es supertrinitario): hay tres espacios (exadecimales, pero eso viene luego). Dos de estos espacios pueden entenderse al nivel de espacio-tiempo como twistores, y al tercer espacio solo se le puede dar una interpretacion de espacio-tiempo si tenemos dos dimensiones extra, que es lo que hace a los tres espacios exadecimales (de s = x² + y² + z² – t² a s = x² + y² + z² - t² - u² - v²). ¿Es esto? De todas formas me pierdo, pero la idea me resulta fascinante. A ver si este finde, que tendré más tiempo, desempolvo algunas cuestiones de teología trinitaria (al hilo del comentario de Sparling sobre Newton), que es algo que me interesó mucho durante una época (aunque para nada por el lado religioso) y a la que le sigo viendo un aire de familia con los sistemas complejos, y quizá ahora con la LHC. Es curioso que en nuestra cultura tengamos un circuito divino tan dinámico y que le hayamos sacado tan poco provecho.

Re: la Gravedad Cuántica de Bucles de Lee Smolin

Kanijo | 19/04/2007, 10:22

Hola a todos. Creo que no has entendido bien lo que comentaba sobre el LHC. La teoría matemática que comentaba en mi entrada anterior no es LHC, esto es Large Hadron Collider (Gran Colisionador de Hadrones) que básicamente es un acelerador de partículas gigantesco que nos podría dar la primera visión de las dimensiones superiores de una forma experimental.

Prácticamente todas las teorías de la física moderna que prentender unificar gravedad y cuántica postulan dimensiones superiores a las 4 conocidas, el problema es que esto es empíricamente indemostrable...por ahora. Las altas energías que puede alcanzar el LHC (están ahora en fase de ampliación, tal vez para finales de 2007 o el año que viene esté terminado) nos podría permitir llegar a un nivel de energía donde esas dimensiones se hagan visibles.

Como te comentaba también en mi blog estoy de acuerdo en tu interpretación del artículo. Me falta mucha (muchísima) base teórica de física y matemáticas (soy informático) para poder dar forma a lo que explica el artículo pero entiendo que los dos espacios twistores y el tercero, interpretado como espacio-tiempo, necesitan para unificarse de estas dos dimensiones extra que serían temporales.

Un saludo

Re: la Gravedad Cuántica de Bucles de Lee Smolin

dandan | 19/04/2007, 21:18

Pues es verdad, Kanijo, leí LHC y entendí TES, o algo así, soy muy despistado en estas cosas. Es curioso este proceso por el que necesitamos más energía para conocer las condiciones de la materia a esa escala muy reducida en que la propia materia se encuentra a un paso de la misma energía. Es otro tema que me resulta fascinante. Vaya, yo trabajo en el tema de administración de redes, no sé que tendrá que ver, pero empiezas delante de una pantalla y acabas mirando el universo.

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