10 AÑOS DE LA "CONJETURA MALDACENA"

Un argentino que revoluciono la física

En ocasión del 10º aniversario de la “Conjetura de Maldacena”, la contribución más relevante de la última década en física teórica a nivel mundial realizada por el investigador argentino Juan Martín Maldacena hacemos una alto en la actualidad para hablar un poco de dicha "conjetura".

En el Universo se hace patente las leyes de la gravedad en todos sus aspectos, desde nuestro planeta a las mas lejanas galaxias se pueden aplicar unas normas básicas que durante dos siglos parecian describir totalmente todo lo que existia, esa leyes fruto de la mente de Isaac Newton, se mantuvierón como absoutas hasta que se "reformularon" con la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein en 1915. Poco después se empezaron a observar que las leyes de la física que describen las escalas más pequeñas, adoptan un aspecto muy diferente. Para explicar el comportamiento de los átomos y las partículas subatómicas, se vio que debiamos recurrir a otor gran aporte teorico del siglo XX, la Mecánica Cuántica. Nacida en la década de los años 20 del siglo pasado por Heisenberg y Schrodinger, entre otros, el éxito predictivo (practicamente total) de esta teoría es uno de los logros más espectaculares de la historia de la ciencia.

Pero aparecio un problema la Relatividad General y la Mecánica Cuántica rigen, a priori, el comportamiento del Universo a escalas muy diferentes, y necesitamos para la consistencia de la física que ambas teorías sean compatibles. Si bien la interacción gravitatoria es lo suficientemente débil como para resultar irrelevante en la física atómica, existen al menos dos sistemas físicos cuya evolución debe ser contempalda por una no descubierta teoría cuántica de la gravedad: el Big Bang y los agujeros negros. En ambos sistemas tenemos sistemas muy pequeños con una gravedad muy intensa. Las leyes de la física nos indican que en esas condiciones ambas teorías deberían ser aplicables para describir lo que sucede. Pero todavía, casi medio siglo después de haber sido identificado el problema, y a pesar de los grandes esfuerzos realizados, la incompatibilidad de ambas teorías no se ha solucionado. Aunque el Big Bang ha podido suceder una sola vez, los agujeros negros, están supuestamente por todo nuestro Universo en grandes cantidades. Se piensa incluso que algunos supermasivos pudieron ser el origen de las galaxias espirales (como la nuestra). Pero hay muchos tipos de agujeros negros, desde aquellos cuya masa es poco menos que el doble de la del Sol, hasta aquellos que son millones de veces más masivos. En todos los casos se puede aplicar la Relatividad General. Pero su evolución parece violar principios básicos de la Mecánica Cuántica y por eso (junto con el momento de la creación) son el objeto central para el estudio de una Teoría Cuántica de la Gravedad.

ENTROPIA y HOLOGRAFIA en agujeros negros

La entropía de un sistema es una medida de la cantidad de información necesaria para describir completamente su estado. Un objeto fundamental, al no constar de partes, tiene entropía cero. Uno compuesto, en cambio, tendría una entropía que crece con su volumen. Bekenstein y Hawking demostraron que los agujeros negros, pese a su condición de fundamentales, tienen una entropía y una temperatura bien definidas. (no son tan negros a pesar de todo). Al tener temperatura, los agujeros negros deben emitir necesariamente radiación, como cualquier cuerpo caliente. Pero el resultado de Bekenstein y Hawking es todavía más inesperado: la entropía de un agujero negro no es proporcional al volumen sino al área de la superficie que lo rodea. Es como si toda la información necesaria para describirlo se encontrara en dicha superficie. Esto es lo que define un comportamiento holográfico (al igual que los hologramas, en los que una imagen tridimensional es codificada en una elemento, papel, bidimensional). Por lo tanto se extrae de todo esto que una posible aproximación a la esquiva Teoría Cuántica de la Gravedad, estaría en su naturaleza holográfica.

Suenan las CUERDAS

¿Es la teoría de cuerdas una teoría holográfica?

Partiendo de la teoría de los quarks, Hooft argumentó en 1974 que, en determinadas condiciones, la descripción adecuada de estos constituyentes básicos del núcleo atómico estaría dada en términos de cuerdas. Veinte años después, Alexander Polyakov argumentó que dicha teoría de cuerdas necesariamente debía contener una dimensión espacial adicional, además de las tres ya conocidas en las que se mueven las partículas. (Muy a menudo la solución en física ha consistido en añadir dimensiones adicionales). Así explicamos que la "cuerda" que mantiene unidos a los quarks, sería un reflejo de la forma en la que una auténtica cuerda fundamental se sumerge en la supuesta dimensión adicional. El concepto de holografía fue fué ganado adeptos y en 1993, el propio Hooft, y un año después Leo Susskind, profundizaron en la codificación holográfica de la información en los agujeros negros.

Es en este contexto aparecio Juan Martín Maldacena, que en 1997 con tan solo 29 años y que tarbajaba como profesor de la Universidad de Harvard, formuló una conjetura que le daría fama mundial, y que si bien se puede considerar enraizada en los avances anteriores, contiene un conjunto de precisiones que van mucho mas alla. El trabajo de Maldacena responde de forma afirmativa y taxativaa la pregunta de si la teoría de cuerdas es holográfica, y lo hace con un ejemplo preciso y riguroso. Para empezar nos dice que definitivamente si existe una teoría cuántica de la gravedad (técnicamente, la Teoría de Cuerdas tipo IIB en un espacio anti de Sitter –AdS–) que es idéntica a una teoría cuántica del tipo que se utiliza para describir las partículas elementales (una teoría de campos (super)conforme –CFT–). Son idénticas, sí, pero de una manera holográfica.
Esta conjetura nos dice, en particular, que ciertos cálculos de física de partículas que son intratables por su complejidad matemática pueden ser traducidos en cálculos simples dentro de una descripción gravitatoria. Y viceversa. Esto ha permitido, recientemente, calcular propiedades del plasma de quarks y gluones, un estado de la materia que tuvo lugar unos pocos microsegundos después del Big Bang que no pueden ser calculadas por otros medios, obteniendo resultados compatibles con las mediciones experimentales. Pruebas similares de la conjetura podrán obtenerse en los experimentos del LHC (Large Hadron Collider), quizás dentro de unos meses estemos mas cerca de la demostración formal de dicha Conjetura y el Dr. Maldacena más cerca del Nobel...

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