El helio superfluido y los agujeros negros

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Aspecto que podría tener un agujero negro como el que hay en el centro de la Vía Láctea

En los años setenta los físicos Stephen Hawking y Jacob Bekenstein descubrieron algo extraño en los agujeros negros. Calcularon que, cuando la materia cae en uno de estos agujeros sin fondo espaciales, la cantidad de información que engullen, lo que los científicos llaman entropía, se incrementa en proporción a lo que se incrementa el área del agujero negro, no de su volumen. Dicho de otra manera, si el agujero negro fuese un armario archivador, la cantidad de archivos que puede contener dependería solo y exclusivamente de la superficie de la puerta y no de la profundidad del armario. Esta es una de esas cosas aparentemente absurdas de la física que cuadran bien con las matemáticas y las observaciones, pero poco con el sentido común.

Ahora un grupo de investigadores encabezado por Christopher Herdman, de la Universidad de Waterloo (Canadá), ha encontrado que el mismo tipo de ley aplica a la información cuántica en el helio superfluido. Lo que podría ser solo una coincidencia o un indicio de que existe una relación entre lo muy pequeño y lo muy grande que permitiría ayudar a formular una teoría cuántica de la gravedad.

Una esfera de átomos de helio superenfriados (en verde) inteacciona con un contenedor formado por átomos de helio (en azul).

Los científicos emplearon dos superordenadores para explorar las interacciones de 64 átomos de helio en un superfluido formando una esfera. Encontraron que la cantidad de información cuántica entrelazada compartida entre dos regiones del contenedor (la esfera y el resto) estaba determinada por la superficie de la esfera y no por su volumen. Al igual que ocurre con las holografías, un volumen tridimensional de espacio está completamente codificado en su superficie bidimensional. Como un agujero negro.

Las simulaciones realizadas recogen todos los atributos conocidos del helio, lo que demostraría por primera vez la existencia de una ley del área de la entropía de entrelazamiento en un líquido cuántico real.

De momento, el estudio de la gravedad aún no ha permitido cuadrarla adecuadamente en el marco de la teoría cuántica. Una pieza en el puente entre las dos grandes teorías de la física, la relatividad general y a mecánica cuántica, podría ser la contribución de este estudio al “principio holográfico”: ¿y si todo el universo tridimensional pudiese entenderse como información bidimensional? Daría igual lo que fuese, un agujero negro inimaginablemente enorme o una gota ultramicroscópica de helio líquido, todo se regiría por el mismo principio fundamental.

Referencia:

C.M. Herdman et al (2017) Entanglement area law in superfluid 4He Nature Physics doi: 10.1038/nphys4075

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

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