La realidad holográfica. Monográfico Realidad y Apariencia

by Alfonso Viudez , 23 enero, 2019

Imagen |Rafael Guardiola

Contra el carácter engañoso e ilusorio de los sentidos ya nos prevenía el filósofo y matemático francés René Descartes en su búsqueda de un conocimiento certero. El ejemplo típico es el de una pajita que, introducida en el agua, se nos antoja curvada ocurriendo que, en realidad, lo único que se curva es la luz al refractarse cuando pasa desde el agua hasta el aire, creando en nosotros una ilusión óptica. Ahora bien, ¿hasta dónde puede llegar el engaño de los sentidos? La idea de que nuestro cotidiano mundo tridimensional es sólo una apariencia tras la que subyace una realidad holográfica parece altamente descabellada, sin embargo, recientes desarrollos de la física teórica apuntan de manera cada vez más convincente hacia esa posibilidad.

Hasta principios del siglo XX, el mundo descrito por la ciencia era un mundo totalmente intuitivo y acorde al sentido común y, en general, al testimonio de nuestros sentidos. La nueva física iniciada por Galileo y desarrollada por Newton impulsó un orden cósmico mecánico y determinista al estilo cartesiano. La interpretación estadística de los fenómenos termodinámicos y la hipótesis del éter para explicar la propagación de las ondas electromagnéticas parecían consolidar esta concepción mecanicista de la realidad. Sin embargo, la física del siglo XX con la entrada en escena de la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica va a suponer una revolución en el viejo orden cartesiano del mundo. Para empezar, la física relativista hizo parecer superflua la idea de un éter que llenara todo el espacio vacío, cargándose así de un plumazo todo intento de interpretar la teoría física de campos desde una perspectiva mecanicista. En la teoría de la relatividad, el concepto mecanicista de partículas como ladrillos últimos del universo es reemplazado por la idea de campo continuo como concepto primitivo. El mundo ya no puede considerarse como un conjunto fragmentario de partículas autónomas y separadas sino, antes bien, como una superposición de campos que se extienden sin solución de continuidad formando una totalidad no dividida ni fragmentada. Por su parte, la física cuántica supuso una renovación conceptual aún más radical (ver el artículo “La realidad cuántica” en Homonosapiens). Esta teoría parece acentuar el carácter holístico de la realidad al poner de manifiesto las dificultades para trazar una clara división entre el sistema cuántico de estudio y el observador. Pero, sin duda, el fenómeno más genuino de teoría cuántica -y el que más parece cuestionar la separabilidad propia de la física newtoniana- es el conocido como entrelazamiento cuántico. Este extraño fenómeno, descubierto por Albert Einstein, supone que es posible que dos partículas interacciónen de manera instantánea sea cual sea la distancia que las separe. Einstein, firme detractor de la mecánica cuántica, propuso la posibilidad de este fenómeno como intento para poner de relieve el carácter absurdo de la teoría al predecir la existencia de “acciones fantasmales” a distancia. Pero lo cierto es que los experimentos de laboratorio no sólo han puesto de manifiesto la realidad del entrelazamiento cuántico, sino que en la actualidad se propone como base para espectaculares aplicaciones tecnológicas como la teleportación [1]. Sobre las implicaciones que el desarrollo de la nueva física tenía en nuestra imagen del mundo, reflexionó profundamente el físico estadounidense David Bohm.

Lo que en este artículo va a interesarnos de Bohm no es tanto su trabajo como físico como sus consideraciones epistemológicas y metafísicas que, al final de su vida, plasmó en un inquietante libro titulado “La totalidad y el orden implicado” [2]. Según Bohm, nuestra perplejidad ante el mundo cuántico tiene su origen en unos esquemas cognitivos obsoletos que tienden a fragmentar la realidad, separándola en entidades autónomas e independientes, mientras que el mundo descrito por las nuevas mecánicas relativista y cuántica es más propicio a ser concebido como una totalidad no fragmentaria. A esta realidad global, implícita y subyacente a nuestra explicación manifiesta del mundo, Bohm la bautizó como orden implicado y trató de caracterizarla haciendo uso de algunas sugerentes metáforas. Una de ellas consiste en imaginar un pez moviéndose dentro de una pecera provista de dos cámaras de televisión localizadas en sus partes central y lateral, respectivamente. Un observador situado en otra habitación, que sólo pueda conocer lo que pasa en la pecera a través de dos monitores conectados a las referidas cámaras, llegaría a la  errónea conclusión de que existen dos peces cuyo movimiento está correlacionado de manera instantánea. Obviamente, su ilusión es el resultado de conocer una realidad tridimensional a través de dos monitores bidimensionales. Bohm sugiere, sobre la base de esta analogía, que las misteriosas correlaciones entre partículas propias del entrelazamiento cuántico no son más que la proyección tridimensional (o tetradimensional, si se considera el tiempo) de una realidad subyacente de dimensionalidad superior: lo que nosotros juzgamos como partículas autónomas no son sino aspectos de una misma entidad en el nivel del orden implicado, donde todo se encuentra relacionado con todo. Otra metáfora recurrente en el pensamiento de Bohm es la del holograma. Un holograma es una lámina bidimensional capaz de generar, cuando se ilumina con luz láser, la imagen tridimensional de un determinado objeto. Para construir el holograma de un objeto -por ejemplo, una manzana-  se bifurca la luz procedente de un láser en dos rayos separados, uno de los cuales se hace incidir sobre el objeto donde se refleja y, después, se dirige hacia una placa fotográfica donde interfiere con el otro rayo. Si miramos la placa holográfica no veremos más que una figura de interferencias con zonas de luz y otras oscuras donde está codificada toda la información que permite regenerar, cuando lo iluminamos de manera adecuada, la imagen tridimensional del objeto. Lo interesante del holograma es que si lo dividimos en trozos cada vez más pequeños, cada uno de ellos es capaz de generar la imagen -aunque cada vez de manera más borrosa- del objeto tridimensional al completo. Según Bohm, esta propiedad del holograma que contiene la información del todo en cada una de sus partes se corresponde a la descripción del orden implicado, según la cual el universo es un inmenso espejo en el que cada parte refleja las restantes.

En defensa de sus elucubraciones, Bohm se hace eco del trabajo del neurofisiólogo Karl Pribram que había propuesto un modelo holográfico del cerebro. Frente a la idea dominante, a comienzos de la década de los cuarenta, que consideraba que los recuerdos debían estar localizados en una parte del cerebro, Pribram propuso que la memoria tenía un carácter holográfico, de manera que cualquier parte del cerebro almacenaba toda la información. Esta controvertida conclusión se apoyaba en una serie de experimentos de laboratorio en los que se eliminaban, quirúrgicamente, distintas partes del cerebro de ratones que habían sido previamente adiestrados para encontrar el camino correcto en un laberinto. Aunque los experimentos buscaban erradicar la parte del cerebro donde debían ubicarse los recuerdos, el sorprendente resultado es que los recuerdos seguían intactos, aun cuando se hubiesen extirpado trozos enormes de cerebro; algo parecido a lo que ocurre con un holograma. Los trabajos de Pribram y Bohm sugerían una nueva concepción metafísica del mundo: el cosmos es un inmenso holograma en el que  se encuentran nuestros cerebros holográficos que son los que construyen la imagen de una realidad objetiva. Esta cosmovisión tiene sin duda el sabor de las filosofías místicas de Oriente.

Recientemente, la desconcertante propuesta de que nuestro universo tenga un carácter holográfico ha cobrado vigencia en los esfuerzos por unificar la mecánica cuántica y la relatividad general, a la caza de una añorada “Teoría del Todo” (ver al artículo “El sueño de Einstein” en Homonosapiens). Veamos. La física actual describe nuestra realidad mediante dos teorías fundamentales -la mecánica cuántica y la relatividad general- que se refieren a ámbitos muy diferentes de la misma: mientras la mecánica cuántica nos describe el mundo de la escala microscópica (el mundo de los átomos y las partículas subatómicas), la relatividad general nos describe el comportamiento del universo a gran escala (el de los sistemas planetarios, galaxias y el propio universo en su totalidad) . Lo incómodo es que se sabe que ambas teorías se contradicen entre sí. Aunque en la mayoría de los fenómenos estudiados, los físicos pueden elegir sin problemas entre emplear una u otra, hay casos en los que se precisa una teoría global -más fundamental- que las reconcilie y unifique: un ejemplo notable es el del estudio de los agujeros negros.

Los agujeros negros son una suerte de monstruos cósmicos predichos por la relatividad general que poseen una gravedad tan intensa que no permite ni siquiera a la luz que escape a la misma, lo que viene a justificar su popular nombre. Un agujero negro puede formarse cuando una estrella de grandes dimensiones agota su combustible nuclear al final de su vida y, tras explotar como una supernova, se compacta por acción de la gravedad hasta alcanzar una densidad asombrosa. El agujero negro así formado es un objeto físico asombrosamente simple ya que puede ser completamente descrito sólo por tres números: su masa, su carga y su momento angular. Esta aparente simplicidad parecía conducir a la llamada paradoja de la pérdida de información en los agujeros negros: una estrella contiene una ingente cantidad de información, cuando se desploma sobre sí misma y crea un agujero negro, toda esa información parecería perderse, pues queda reducida a sólo tres números. El problema es que si se acepta la propuesta del matemático estadounidense Claude E. Shannon de considerar a la entropía (una magnitud física que nos mide el grado de desorden de un sistema) como una medida de la información, la pérdida de información en los agujeros negros violaría uno de los pilares más sólidos de toda la física -la segunda ley de la termodinámica- según la cual la entropía de un sistema físico aislado nunca decrece, a lo sumo, permanece constante. Una vía de salida a esta paradoja fue abierta por Jacob D. Bekenstein al proponer que los agujeros negros tienen entropía y que esta es proporcional al área de la frontera que los envuelve. Anteriormente, se daba por supuesto que la entropía o cantidad de información que puede contener un sistema debía ser proporcional a su volumen (parece obvio que el número de libros que podemos meter en una caja debe ser tanto mayor cuanto mayor sea el volumen de esta), sin embargo, la propuesta de Bekenestein sugiere que en los agujeros negros la cantidad de información es proporcional no a su volumen tridimensional, sino a la superficie bidimensional que los envuelve.  Este resultado, entre otros hallazgos, condujo a la formulación del principio holográfico propuesto en 1993 por Gerard´t Hooft y desarrollado por Leonard Susskind, según el cual, cualquier teoría física que describa un sistema físico que ocupe una región tridimensional, es virtualmente indistinguible de otra teoría física que describa sólo el límite bidimensional de esta región. De manera análoga a como un holograma es una lámina bidimensional que codifica toda la información de una imagen en tres dimensiones [3].

Una sorprendente aplicación del principio holográfico fue propuesta por primera vez por el físico argentino Juan Maldacena, quien construyó un modelo del universo -distinto del real pero con gravedad- cuya física era completamente descrita por una teoría de supercuerdas y resultaba equivalente a una teoría cuántica de campos que operaba en la frontera de dicho universo (por tanto, con una dimensión menos) y sin gravedad. La importancia de su trabajo se enmarca en la añorada búsqueda de la mencionada “Teoría del Todo”, el Santo Grial de la física. Mientras que las llamadas teorías cuánticas de campos (un tipo de teorías cuánticas) son capaces de describir todas las partículas elementales y todas las interacciones fundamentales salvo la gravedad, la relatividad general describe la interacción gravitatoria como una deformación del espacio-tiempo. Parece que la forma de la teoría final de la física sería una teoría cuántica de la gravedad, esto es, un desarrollo del marco cuántico que pudiese dar cuenta de la interacción gravitatoria: las teorías de supercuerdas parecen a día de hoy las mejores candidatas. Lo que el trabajo de Maldacena y otros desarrollos más recientes parecen sugerir es una nueva vía en la búsqueda de la teoría fundamental:  la física de nuestro universo tridimensional con gravedad es por completo equivalente a la descrita por una teoría cuántica de campos sin gravedad para una superficie bidimensional. La gravedad y el espacio-tiempo serían una consecuencia de la teoría cuántica en su proyección holográfica [4]

En definitiva, los desarrollos teóricos en el campo de la entropía de los agujeros negros nos llevan a aceptar la idea contraintuitiva de que el máximo contenido de información de cualquier sistema físico es proporcional no a su volumen, sino al área que lo delimita: esto conduce a la conclusión de que el universo podría ser un holograma, una hipótesis que parece clave en la reciente búsqueda de una teoría física fundamental. Pensando en estos desarrollos uno se siente como Alicia a punto de entrar en la madriguera del conejo y no puede evitar que resuenen en la cabeza los célebres versos de Willian Blake:

Ver un mundo en un grano de arena

Y un cielo en una flor silvestre,

Abrazar el infinito en la palma de la mano

Y la eternidad en una hora.

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[1] Amir D. Aczel, «Entrelazamiento. El mayor misterio de la física», Ed Planeta 2004

[2] David Bohm, «La totalidad y el orden implicado», Ed. Kairós 1987.

[3] Jacob Bekenstein, «La información en el universo holográfico», Revista «Investigación y Ciencia» nº Especial Abril 2018, p 20-27.

[4] Eduardo Arroyo Pérez, «El universo holográfico», Ed. RBA 2017