El papel que desempeña la información cuántica en la gravedad fija el guión para una dramática unificación de las ideas de la física.
Una de las ideas recientes más candentes en la física es que la gravedad es un fenómeno emergente; que de alguna forma surge a partir de complejas interacciones entre cosas más simples.
Hace unos meses, Erik Verlinde de la Universidad de Amsterdam presentó una de tales ideas que ha revolucionado el mundo de la física. Verlinde sugirió que la gravedad era simplemente una manifestación de la entropía del universo. Su idea estaba basada en la segunda ley de la termodinámica, que la entropía siempre se incrementa con el tiempo. Esto sugiere que las diferencias de entropía entre las partes del universo generan una fuerza que redistribuye la materia de una forma que maximiza la entropía. Esta fuerza es a lo que llamamos gravedad.
Lo emocionante de esta aproximación es que simplifica drásticamente el andamiaje teórico que soporta la física moderna. Y aunque tiene sus limitaciones – por ejemplo, genera leyes gravitatorias de Newton en lugar de las de Einstein – tiene algunas ventajas también, como la capacidad de tener en cuenta la magnitud de la energía oscura, lo cual es difícil para las teorías convencionales gravitatorias.
Pero tal vez la idea más potente que surge de la aproximación de Verlinde es que la gravedad es, básicamente, un fenómeno de información.
Hoy, esta idea logra un útil impulso por parte de Jae-Weon Lee y un par de colegas de la Universidad de Jungwon en Corea del Sur. Usan el concepto de información cuántica para derivar una Teoría de la Gravedad y lo hacen abordándolo de una forma ligeramente distinta a la de Verlinde.
En el corazón de sus ideas está la compleja pregunta de qué sucede cuando la información entra en un agujero negro. Los físicos han quedado desconcertados con esto durante décadas sin un gran consenso. Pero una de las cosas en las que están de acuerdo es en el Principio de Landauer: que el borrado de un bit de información cuántica siempre incrementa la entropía del universo en una cierta cantidad y requiere una cantidad específica de energía.
Jae-Weon y sus compañeros suponen que este proceso de borrado debe tener lugar en el horizonte del agujero negro. Y, de ser así, el espacio-tiempo debe auto-organizarse de una forma que maximice la entropía en esos horizontes. En otras palabras, genera una fuerza similar a la gravedad.
Esto es intrigante por varias razones. Primero, Jae-Weon y sus colegas suponen la existencia del espacio-tiempo y su geometría y simplemente se preguntan qué forma debe tomar si la información se elimina en los horizontes de esta forma.
También relaciona la gravedad con la información cuántica por primera vez. A lo largo de los últimos años, muchos resultados de la mecánica cuántica han apuntado al papel cada vez más importante que parece desempeñar la información en el universo.
Algunos físicos están convencidos de que las propiedades de la información no proceden del comportamiento de los portadores de la misma, tales como fotones o electrones, sino al contrario. Cree que la propia información es el fantasmal lecho sobre el que se construye el universo.
La gravedad siempre ha sido un inconveniente. Pero la creciente concienciación de que la información desempeña un papel fundamental aquí también, podría abrir el camino a un tipo de unificación entre la mecánica cuántica y la relatividad con la que los físicos han estado soñando.
Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1001.5445: Gravity from Quantum Information
Fecha Original: 26 de marzo de 2010
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Lo más elegante que ha surgido en años.
Si bien es cierto que el tema se trata hace años, la asociación y el respaldo matemático detrás son alentadores.
tanto se llena el cántaro con agua que al final se rompe…
Saludos.
¿Qué es la información?
¿Qué es la tercera información? El tercer demonio de Maxwell que estamos persiguiendo xD. Primero “creamos” la materia, estudiamos sus leyes (digamos la mecánica), después tuvimos problemas porque se nos quedaba corta y llegamos hasta el concepto de energía, así que la “creamos” y estudiamos sus leyes (digamos la termodinámica), hasta que entre Einstein y la MC nos dimos de bruces con el problemilla de que, de alguna manera que tampoco acabamos de entender, vienen siendo lo mismo, dos gnomos que nos putean (el mismo, rigurosamente). Ahora nos hemos dado cuenta que esto se nos queda corto y vamos detrás del tercer trasgo: la información. Todavía tenemos mucho que hacer, porque no tenemos armamento matemático tan depurado como para los otros satanetes.
Es claro que el problema de la consciencia, la autoreferencia y lo cognitivo no podrán ser comprendidos hasta que una teoría de la información como Dios manda nos dé un cuadro claro de las cosas, igual que la química no pudo despegar realmente hasta que no se construyó la termodinámica. Para entonces espero que la sociedad humana haya conseguido una estabilidad razonable, porque nuestra posición en el universo mucho me temo que va a ser descabalgada de forma definitiva desde ese pedestal pararreligioso que le hemos montado.
Me pregunto cómo hubiera construido este señor su teoría si partiera de la hipótesis de que un agujero negro no puede existir. Espero que se tome la molestia xD.
Ah, me olvidaba. Por supuesto que la información tiene que ser lo mismo que la materia y la energía de algún modo. De hecho, las ideas en nuestra cabeza determinan nuestros actos, físicos y tan físicos, por tanto tienen que ser tan del mundo físico como el soporte de materia y energía en el que residen.
Este tipo de informacion es muy importante y gracias como siempre.
La entropía está referida a la medida de la no disponibilidad de la energía de un sistema para producir trabajo; en un sistema cerrado, un aumento de la entropía está acompañado por un descenso en la energía disponible. Cuando un sistema desarrolla un cambio reversible, la entropía (S) cambia en una cantidad igual a la energía transferida al sistema en forma de calor (Q) dividida por la temperatura termodinámica a la cual tiene lugar el proceso (T).
Sin embargo, todos los procesos reales son en un cierto grado cambios irreversibles y en cualquier sistema cerrado un cambio irreversible siempre está acompañado de un aumento de la entropía.
En un sentido más amplio la entropía puede ser interpretada como una medida del desorden; cuanto mayor es la entropía, mayor es el desorden.
Como cualquier cambio real en un sistema cerrado tiende a una mayor entropía, y por tanto a un mayor desorden, se deduce que si la entropía del Universo está aumentando, la energía disponible está decreciendo (muerte térmica del Universo), si se considera el Universo como un sistema cerrado. Este aumento de la entropía del Universo es una manera de formular el segundo principio de la termodinámica.
Pero no alcanzo a comprender qué hilos invisibles unen la entropía con la gravedad y de que manera están relacionadas, ya que, me parece haber entendido en el artículo de arriba que la gravedad es el producto del aumento de la entropía o algo así.
La ley del incremento de la entropía (la segunda ley de la termodinámica) tiene un gran poder pero nunca había oido que pudiera ser la responsble de la Gravedad.
“Jae-Weon y sus compañeros suponen que este proceso de borrado debe tener lugar en el horizonte del agujero negro. Y, de ser así, el espacio-tiempo debe auto-organizarse de una forma que maximice la entropía en esos horizontes. En otras palabras, genera una fuerza similar a la gravedad.”
Todo esto me recuerda a Bekenstein, alumno de Joh Weeler que estimó exactamente cuanto tendría que crecfer la entropía de un agujero, cuando se arroja en él un paquete de aire, para preservar la segunda ley de la termodinámica, y estimó en cuánto incrementaría el área del horizonte el paquete arrojado en él; y a partir de estas groseras estimaciones, dedujo una relñación entre entropía y área que, pensaba él, podía preservar siempre la segunda ley de la termodinámica: concluyó que la entropía es aproximadamente el área del horizonte dividida por una famosa área asociada con las (entonces todavía mal entendidas) leyes de la gravedad cuántica, el área de Planck-Wheeler, 2,61 x 10 exp.-66 cm2. Seguir por este camino nos sacará del tema.
Un agujero negro se produce cuando la materia durante la implosión alcanza en un cierto punto la velcoidad de la luz. Entonces se pasa un nborde matemático, un punto de no retorno. Un viajero espacial (con mala suerte)que entre en el agujero junto con la materia durante la implosión no podría escapar ni siquiera si pudiera darse la vuelta con la velocidad de la luz. Con él, todas las señales e información que intentara emitir serían también atrapadas y todo se perdería.
Debido a que el agujero negro acaba siendo solamente una bola de “graqvedad pura” cuyas propiedades pueden ser calculadas matemáticamente si conocemos su masa, su movimiento angular y su carga eléctrica. La muerte de una estrella masiva que crea un agujero negro, siempre aumenta la entropía del Universo y, desde luego, la información queda encerrada (perdida) en lo que denominamos singularidad.
Nada despierta más curiosidad que lo ininteligible y, precisamente eso es lo que nos cocurre con las singularidades, la gravedad cuántica, y otros muchos conceptos que manejamos y utilizamos de manera (no pocas veces) irresponsable al expresar alegremente y con “seguridad” algo que, en realidad, no sabemos.
El artículo es curioso, se intentan cosas nuevas pero, desde luego, la Gravedad de Newton primero y Einstein después, de momento, no creo que estén en peligro. La Relatividad General es precisa y de manera muy precisa nos dice como se produce la distorsión del espacio-tiempo en presencia de grandes masas.
¡La Gravedad como consecuencia de la entropía!
¿Recordais el Principio Holográfico de Gerard ´t Hooft?
En el artículo nos sirven un batiburrillo compuesto por una mezcla de cosas que, al final, lo hace irreconocible con una teoría autoconsistente y creíble.
Aquel Principio nos decía:
“De acuerdo con el Principio Holográfico, la mayoría de la información que puedes obtener es de aproximadamente 3 x 10 exp. 65 bits para un monitor de la computadora de tamaño normal. El Principio Holográfico, todavía no demostrada, indica que hay un importe máximo de contenido de la información en poder de las regiones adyacentes a cualquier superficie.
Por lo tanto, contra toda intuición, el contenido de la información dentro de una habitación no depende del volumen de la sala, sino en el ámbito de los muros de delimitación.
El principio se deriva de la idea de que la longitud de Planck, la escala de longitud, donde la mecánica cuántica empieza a dominar la gravedad clásica, es uno de los lados de un área que puede contener sólo un bit de información.
El límite se postuló por primera vez por el físico Gerard ‘t Hooft en 1993. que puede surgir de generalizaciones a partir de la especulación en apariencia distantes que la información en poder de un agujero negro no está determinada por su volumen encerrado, sino por la superficie de su horizonte de sucesos.
El término “holográfico” surge de una analogía con holograma en imágenes en tres dimensiones son creadas mediante la proyección de la luz a través de una pantalla plana.”
BUeno, al menos habrá que reconocer que imaginación si que le ponen a los intentos por conocer los secretos de la Naturaleza. Otra cosa será que cada vez que lo intenten, lo consigan.
#2, buena pregunta. Información es un subconjunto de estados del conjunto total de estados posibles de algo (un sistema). Está muy relacionada con entropía. Que es la cuenta del número de estados alcanzables por un sistema o el número de estados en el subconjunto considerado, de ahí que se hable de entropía de la información como concepto clave en la teoría de la información.
Mas bien el logaritmo del numero de estados. O el logaritmo del inverso de la probabilidad. Y en general para estados (sucesos) de diversa probabilidad: Información media=Sumatorio( P(x)*Log(1/P(x))
#2, si la pregunta buscaba una definición precisa, la Wiki:
In physics, physical information refers generally to the information that is contained in a physical system. Its usage in quantum mechanics is important, for example in the concept of quantum entanglement to describe effectively direct or causal relationships between apparently distinct or spatially separated particles.
Information itself may be loosely defined as “that which can distinguish one thing from another”. The information embodied by a thing can thus be said to be the identity of the particular thing itself, that is, all of its properties, all that makes it distinct from other (real or potential) things.
Por ejemplo, clásicamente se veía claro que mezclando las componentes de un cuerpo vivo no se organizaba éste: debían estar dispuestas de determinada manera (tanto espacialmente como relativamente), debían participar en determinadas actividades químicas y físicas, etc. Todas estas propiedades no están vinculadas ni a los constituyentes físicos-materiales, ni a los flujos de energía entre ellos, sino a la forma de disponerse, a eso se le llama información de un modo general. Lo que te dice emulenews, cada una de las posibilidades de interacción de un sistema físico.
An easy way to understand the underlying unity between physical (as in thermodynamic) entropy and information-theoretic entropy is as follows: Entropy is simply that portion of the (classical) physical information contained in a system of interest (whether it is an entire physical system, or just a subsystem delineated by a set of possible messages) whose identity (as opposed to amount) is unknown (from the point of view of a particular knower).
Eso de que el universo es flujo de información es algo que se va consolidando como escuela de pensamiento (o de parida) y se llama física digital, por aquello de que es computable: http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_physics
[...] gravedad surge a partir de la información cuántica from Ciencia Kanija by Kanijo El papel que desempeña la información cuántica en la gravedad fija el guión para una dramática [...]
[...] La gravedad surge a partir de la información cuántica http://www.cienciakanija.com/2010/03/26/la-gravedad-surge-a-partir-… por pepevaz hace 3 segundos [...]
Es muy posible que esta idea nos conduzca por fin a vislumbrar una teoría de la gravedad cuántica. Realmente la idea tiene mucho sentido: la gravedad no sería una fuerza fundamental sino un fenómeno emergente derivado de la interacción de trillones de partículas, esto explicaría por que la gravedad no aparece en ninguna teoría de la física de partículas de forma natural y por que parece que su comportamiento es tan distinto de las otras 3 fuerzas. Por otro lado parece ser que la gravedad parte de un estado de BAJA ENTROPIA (la gravedad tiende a ordenar los objetos a nivel astronómico,esto sería la explicación del estado inicial de baja entropía del universo) por eso la gravedad es atractiva: tiende a captar materia para AUMENTAR su entropía interna. De alguna forma la gravedad sería la manifestación de la llamada 2ª ley de la termodinámica, de la que muchos físicos siempre han pensado que es una de las más fundamentales leyes del universo.
La relatividad general era siempre necesaria cuando se trataba con situaciones donde algo viaja a la velocidad de la luz, o está muy cerca o donde la gravedad es muy intensa. Se utiliza para describir la expansión del universo o el comportamiento en situaciones extremas, como la formación de agujeros negros.
Sin embargo, la gravedad es muy débil comparada con las fuerzas que unen átomos y moléculas y demasiado débil para tener cualquier efecto sobre la estructura del átomo o de partículas subatómicas, se trata con masas tan insignificantes que la incidencia gravitatoria es despreciable. Todo lo contrario que ocurre en presencia de masas considerables como planetas, estrellas y galaxias, donde la presencia de la gravitación curva el espacio y distorsiona el tiempo.
Como resultado de estas propiedades antagónicas, la teoría cuántica y la teoría relativista gobiernan reinos diferentes, muy dispares, en el universo de lo muy pequeño o en el universo de lo muy grande. Nadie ha encontrado la manera de unir, sin fisuras, estas dos teorías en una sola y nueva de Gravedad-Cuántica.
¿Cuáles son los límites de la teoría cuántica y de la teoría de la relatividad general de Einstein? Afortunadamente, hay una respuesta simple y las unidades de Planck nos dicen cuales son.
Supongamos que tomamos toda la masa del universo visible y determinamos su longitud de onda cuántica. Podemos preguntarnos en qué momento esta longitud de onda cuántica del universo visible superará su tamaño. La respuesta es: cuando el universo sea más pequeño en tamaño que la longitud de Planck, es decir, 10 exp.-33 centímetros, más joven que el tiempo de Planck, 10 exp.-43 segundos y supere la temperatura de Planck de 10 exp.32 grados.
Las unidades de Planck marcan la frontera de aplicación de nuestras teorías actuales. Para comprender en que se parece el mundo a una escala menor que la longitud de Planck tenemos que comprender plenamente cómo se entrelaza la incertidumbre cuántica con la gravedad. Para entender lo que podría haber sucedido cerca del suceso que estamos tentados a llamar el principio del universo, o el comienzo del tiempo, tenemos que penetrar la barrera de Planck. Las constantes de la naturaleza marcan las fronteras de nuestro conocimiento existente y nos dejan al descubierto los límites de nuestras teorías.
En los intentos más recientes de crear una teoría nueva para describir la naturaleza cuántica de la gravedad ha emergido un nuevo significado para las unidades naturales de Planck. Parece que el concepto al que llamamos “información” tiene un profundo significado en el universo. Estamos habituados a vivir en lo que llamamos “la edad de la información”. La información puede ser empaquetada en formas electrónicas, enviadas rápidamente y recibidas con más facilidad que nunca antes. Nuestra evolución en el proceso rápido y barato de la información se suele mostrar en una forma que nos permite comprobar la predicción de Gordon Moore, el fundador de Intel, llamada ley de Moore, en la que, en 1.965, advirtió que el área de un transistor se dividía por dos aproximadamente cada 12 meses.
En 1.975 revisó su tiempo de reducción a la mitad hasta situarlo en 24 meses. Esta es “la ley de Moore” cada 24 meses se obtiene una circuiteria de ordenador aproximadamente el doble, que corre a velocidad doble, por el mismo precio, ya que, el coste integrado del circuito viene a ser el mismo, constante.
Los límites últimos que podemos esperar para el almacenamiento y los ritmos de procesamiento de la información están impuestos por las constantes de la naturaleza. En 1.981, el físico israelí, Jacob Bekenstein, hizo una predicción inusual que estaba inspirada en su estudio de los agujeros negros. Calculó que hay una cantidad máxima de información que puede almacenarse dentro de cualquier volumen. Esto no debería sorprendernos. Lo que debería hacerlo es que el valor máximo está precisamente determinado por el área de la superficie que rodea al volumen, y no por el propio volumen.
El número máximo de bits de información que puede almacenarse en un volumen viene dado precisamente por el cómputo de su área superficial en unidades de Planck. Supongamos que la región es esférica. Entonces su área superficial es precisamente proporcional al cuadrado de su radio, mientras que el área de Planck es proporcional a la longitud de Planck al cuadrado, 10 exp.-66 cm2. Esto es muchísimo mayor que cualquier capacidad de almacenamiento de información producida hasta ahora. Asimismo, hay un límite último sobre el ritmo de procesamiento de información que viene impuesto por las constantes de la naturaleza.
No debemos descartar la posibilidad de que seamos capaces de utilizar las unidades de Planck-Stoney para clasificar todo el abanico de estructuras que vemos en el universo, desde el mundo de las partículas elementales hasta las más grandes estructuras astronómicas. Este fenómeno se puede representar en un gráfico que recree la escala logarítmica de tamaño desde el átomo a las galaxias.
Todas las estructuras del universo existen porque son el equilibrio de fuerzas dispares y competidoras que se detienen o compensan las unas a las otras; la atracción y la repulsión. Ese es el equilibrio de las estrellas donde la repulsión termonuclear tiende a expandirla y la atracción (contracción) de su propia masa tiende a comprimirla; así, el resultado es la estabilidad de la estrella. En el caso del planeta Tierra, hay un equilibrio entre la fuerza atractiva de la gravedad y la repulsión atómica que aparece cuando los átomos se comprimen demasiado juntos. Todos estos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de dos números puros creados a partir de las constantes e, h, c, G y mprotón.
α = 2πe2 / hc ≈ 1/137
αG = (Gmp2)2 / hc ≈ 10-38
La identificación de constantes adimensionales de la naturaleza como a (alfa) y aG, junto con los números que desempeñan el mismo papel definitorio para las fuerzas débil y fuerte de la naturaleza, nos anima a pensar por un momento en mundos diferentes del nuestro. Estos otros mundos pueden estar definidos por leyes de la naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero estarán caracterizados por diferentes valores de constantes adimensionales. Estos cambios numéricos alterarán toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La gravedad puede tener un papel en el mundo a pequeña escala. La naturaleza cuántica de la realidad puede intervenir en lugares insospechados.
Lo único que cuenta en la definición del mundo son los valores de las constantes adimensionales de la naturaleza (así lo creían Einstein y Planck). Si se duplica el valor de todas las masas no se puede llegar a saber, porque todos los números puros definidos por las razones de cualquier par de masas son invariables.
De todas las maneras habrá que reconocer que el hecho mismo de plantear que la Gravedad surja a partir de la información cuántica, no deja se der una vieja novedad.
Sobre lo que mencionas de la carrera de los circuitos integrados, cada vez más pequeños y con más capacidad de almacenamiento, creo que tienen un límite, que viene dado por el comportamiento cuántico de los electrones, que en medidas extremas (Creo que se calculan en unos seis micrones), actúan arbitrariamente, suponiendose que realicen funciones de puente, alterando y posiblemente modificando tanto el chip como otros componentes integrados.
Para evitar ese límite a la miniaturalización de los chips se empieza a contar con la computación cuántica, que parece eliminar esos problemas; al final casi todo estará hecho en base a la mecánica cuántica, por mucho que no la entendamos; por ejemplo los transistores, un simple tostador de pan o las farolas de la calle ya funcionan bajo ese comportamiento, cuando nosotros aún nos preguntamos como pueda ser esa cosa tan extraña. ¿Que se llegará a inventar el día que lleguemos a comprender la mecánica cuántica en profundidad?.
Lo que quería expresar es que la materia (que es la que produce la gravedad) al estar constituida por un estado ordenado de trillones de átomos constituye un estado de baja entropía. Por esto necesita aumentar su entropía y al no poder expandirse debido a que sus fuerzas internas se lo impiden lo que hace es captar materia, es decir, se produce la fuerza de la gravedad para aumentar la entropía. Bueno es una interpretación, habra que esperar a ver en que deriva esto.
Emilio, Emilio, esto es bueno!!
Te acordás del éter? resultó que no existe, pero nesesitábamos algo donde apoyar la gravedad y el electromagnetismo, y nos quedamos sin nada. Eistein nos mostró el espacio-tiempo y como se deforma geométricamente, pero la naturaleza exacta de la gravedad no la sabemos. Esta teoría nos da una “sustancia” y un “origen” de la gravedad, un concepto o medio “no físico” donde apoyarla que no se nos había ocurrido. ¿que diferencia hay entre un cuerpo en reposo y otro en movimiento? que sólo portan distina información! ¿nunca se preguntaron que dos parículas al chocar “saben” lo que tienen que hacer? (hacen los cálculos instantánemente segun su información que portan). El espacio-tiempo curvo cerca de una masa “crea” la geometría y cambia la información del entorno. el universo se “apoya” en las leyes de la información. Si hay diferencia de entropía hay que arreglarla a cualquier precio, aunque eso implique crear una fuerza como la gravedad, o “recolectar información” en miles de pasos para crear “sistemas autoorganizados” que nosotros llamamos “vida”. (me fuí al joraca! -culpa de emilio que no para de divagar-)
Fascinante !!! Inquietante !!!
Mirad el abstracto del paper: “It is suggested that classical Einstein gravity can be derived by using the Landauer’s principle applied to an information erasure at causal horizons and Jacobson’s idea linking the Einstein equation to thermodynamics. Our result implies that gravity has a quantum informational origin.”
Traducción: “Se sugiere que la gravedad clásica de Einstein puede ser derivada utilizando el Principio de Landauer, aplicado a un borrado de información en horizontes causales y la idea de Jacobson vinculando la ecuación de Einstein a la termodinámica. Nuestro resultado implica que la gravedad tiene un origen en la información cuántica”.
¿Os acordáis hace unos meses como comentábamos algunas relaciones subyacentes a teorías dispares que manejaban conceptos sobre Información, Holografía, Cuántica, Termodinámica, Teoría de Cuerdas, Teoría del Caos, etc…, incluso afectando a la descripción de seres vivos y sus sistemas?
Estoy buscando entre mis Scientific American el artículo que hablaba hace unos años sobre la hipótesis de un Universo donde la realidad estaría codificada en una brana de información a modo de holograma (creo que era de una tal Bekenstein).
Jurl, dices: “espero que la sociedad humana haya conseguido una estabilidad razonable, porque nuestra posición en el universo mucho me temo que va a ser descabalgada de forma definitiva”.
Yo también creo que se divisa en el horizonte otro golpe mayúsculo a la supuesta posición que ocupa el ser humano en el Universo. Si no fue bastante descubrir que no somos el centro del Universo, que somos producto de la evolución y que el Universo es prodigiosamente más grande que la Vía Láctea, puedo que ahora empezemos a descubrir que somos solamente un flujo de qbits.
Jurl dice: “Me pregunto cómo hubiera construido este señor su teoría si partiera de la hipótesis de que un agujero negro no puede existir.”
¿Puedes explicarme qué quieres decir? me intrigas ! No seas egoista, desembucha !
SalU2
En el original como bien citas él parte de la idea (la paradoja) de la destrucción de información en el horizonte de sucesos del agujero. Si el agujero no existe, no hay paradoja de destrucción de informacion, y entonces tal vez, en vez de salirle la mecánica newtoniana le salga… otra cosa
. Recordemos que los agujeros negros son fruto puro de llevar al final la lógica de la mecánica newtoniana (corregida por Einstein, pero en realidad sin dar mucha boutade casi se podría decir que lo que hizo Einstein fue una correción geométrica a lo Lobachevsky), y que no están avalados en absoluto por la MC (de hecho: no encajan). Era la idea que quería transmitir. Además, en el universo de este club de gente, la destrucción de información es el equivalente a la destrucción de materia o energía, algo que no puede ser. ¿No?
Que no hayamos sido creados por un Ser superior a su imágen y semejanza, vale; que descendamos directamente de una família de homínidos, bueno; que nuestro planeta gira alrrededor de nuestra estrella como cualquier otro cuerpo, de acuerdo; que nuestra estrella da vueltas al centro de nuestra galaxia y que esta es una más entre millones; pues bien; ¿pero que pasa?, es que no nos quieren dejar ni un ápice de importancia?; ahora nos dicen que pudiéramos ser una simple holografía, un mero reflejo de información cuyo componente principal a lo peor ni siquiera llegaríamos a conocer….Ǭ*; eso si que no, ahora mismo voy a hablar con mi abogado….;P
SalU2
Veo que esto tiene suficiente interés como para traducir parte del paper, lo voy a hacer muy rápido así que perdonad los errores.
Traducción parcial del paper original (parte 1):
La ecuación de Einstein expresa una relación entre la materia y la geometría del espacio-tiempo a la cual deforma. El origen de esta relación permanece como un misterio desde su descubrimiento por Einstein. En 1995, Jacobson vinculó las leyes de la termodinámica con la ecuación de Einstein. Ahora, uno podría preguntarse ¿por qué hay tal sorprendente relación entre la termodinámica, o la entropía y la gravedad? Nosotros intentamos responder a estas preguntas fundamentales considerando el borrado de información en un espacio-tiempo curvado.
Reciéntemente, Verlinde nos brindó una idea nueva remarcable, vinculando la fuerza gravitatoria con la fuerza entrópica y derivó la ecuación de Newton y la ecuación de Einstein a partir de esta relación. Padmanabham propuso también una idea similar.
En este documento, presentamos un estudio relacionado, pero ligeramente diferente, que conecta gravedad con información, desarrollado de forma independiente por los autores. En una serie de trabajos, hemos enfatizado la naturaleza ínformacional cuántica de la gravedad. Por ejemplo, hace algunos años sugerimos que la energía oscura (nota del traductor: joder, ¿ya empezamos?
) responsable de la aceleración de la expansión cósmica está relacionada con el entrelazamiento cuántico de las fluctuaciones del vacio o el borrado de la información cuántica en un horizonte cósmico. Usando una aproximación similar, también hemos derivado la primera ley de la termodinámica de un agujero negro a partir de la segunda ley de la termodinámica, y obtenido una fórmula para la masa de un agujero negro discreto. Estos trabajos están basados en el Principio de Landauer en la Teoría de la Información Cuántica y el Principio Holográfico.
Como una variante de la segunda ley de la termodinámica, el Principio de Landauer afirma que para borrar N bits de información en un sistema de forma irreversible, al menos kbN de entropía de baño debe ser incrementada y al menos debe consumirse kbTN de energía, donde kb es la constante de Boltzman y T es la temperatura del baño térmico (ndt: no sé como se traduce esto de forma más elegante) en contacto con el sistema. Para un agujero negro y el Universo, sus horizontes causales juegan los papeles de el baño y una barrera de la información. Nosotros sugerimos que hay una energía Eh relacionada con el borrado de información en el horizonte dada por:
dEh = kbThdSh
donde Th es la temperatura del horizonte y dSh es el cambio de la entropía del horizonte debido al borrado de información. Hemos identificado esta energía como el origen de la energía oscura y la masa del agujero negro. Por tanto, podemos ver que esta energía es muy similar a la energía de equipartición para la fuerza entrópica.
Todos los resultado mencionados anteriormente indican que hay una relación intrínseca entre la información cuántica y la gravedad. Esto puede verse como otra realización del famoso lema de la comunidad de la información cuántica: “It from Bit !” (ndt: lema no traducido, dado que pierde el sentido de juego de palabras al pasar al castellano).
Siguiendo en esta línea de pensamiento, nosotros sugerimos ahora que la ecuación de Einstein puede ser derivada usando la teoría de información cuántica aplicada al horizonte causal de un espacio-tiempo dado. Nuestro trabajo está también basado en el intrigante trabajo de Jacobson vinculando la primera ley de la termodinámica a la ecuación de Einstein.
la información
Traducción parcial del paper original (parte 2):
Más adelante, después de una exposición técnica de las ecuaciones de su hipótesis, los autores concluyen:
“¿Cómo puede uno reconciliar la irreversibilidad de la entropía y la reversibilidad de la gravedad en nuestra interpretación? En los casos de agujeros negros, un observador en caída libre moviéndose solidariamente con materia en caída libre no vería los horizontes de Rindler, mientras que los observadores fijos (acelerándose relativamente respecto al marco de referencia de la materia ) pueden ver los horizontes. Por tanto, la irreversibilidad en un sistema gravitacional es en general un fenómeno dependiente del observador. De ninguna manera, ya que la ecuación de Einstein derivada anteriormente es covariante, la ecuación debe mantenerse para cada marco, una vez que se ha resuelto en un marco específico.
Sumando todos estos hechos, podemos decir que la ecuación de Einstein simplemente muestra que la entropía total de la materia y el horizonte no deben disminuir y esta es la conclusión final de todo fenómeno gravitacional. La estructura causal del espacio-tiempo debe ser reordenada automáticamente de forma que el área del horizonte de Rindler se incremente apropiadamente para compensar la pérdida de información de la materia gravitante que cruza el horizonte para algunos observadores.
Por tanto, nuestra teoría está en concordancia con la propuesta de Verlinde en un sentido general. Sin embargo, también hay algunas diferencias entre nuestra teoría y la teoría de Verlinde. Primero, nuestra teoría no asumimos ni la proporcionalidad de la entropía en la distancia, ni la fuerza entrópica. La condición de equiparación tampoco es necesaria. Segundo, nosotros sugerimos que la entropía del horizonte es originada a partir del borrado de la información cuántica en el horizonte, en lugar de una brusca granulación de el microscópico grado de libertad. Esto explica por qué la derivación de la gravedad clásica está relacionada con h y por qué la gravedad tiene algo que ver con la entropía o la información. La gravedad de Newton puede surgir, por supuesto, desde el límite no relativista de la ecuación de Einstein. Tercero, nuestra teoría not requiere el principio holográfico generalizado para una superficie equipotencial. La teoría de campos cuántica ordinaria es suficiente para calcular la entropía entrelazada de los horizontes. En principio, con asunciones razonables, uno incluso podría calcular explícitamente algunos parámetros físicos relevantes, tales como la energía oscura. Advertimos que no hemos asumido que el espacio-tiempo es emergente pero asumimos la existencia del espacio-tiempo y su geometría a priori. Dado que nuestra teoría vincula la MC con la gravedad clásica, podría proporcionarnos un nuevo camino hacia la gravedad cuántica.
Considerando la segunda ley, esperamos que el área del horizonte causal del Universo tenga una fuerte tendencia a ser extendida. Esto es, la materia en el Universo se distribuye por si sola de forma que la entropía del Universo esté maximizada. Esto podría ser el origen de la fuerza gravitacional como una fuerza entrópica considerada por Verlinde.
En resumen, la ecuación de Einstein vincula materia a la gravedad y su famosa fórmula E=mc2 vincula materia con energía. Sabemos también que el Principio de Landauer vincula información con energía. Por tanto, ahora tenemos una relación entre información y gravedad, la ecuación de Einstein con la interpretación informacional cuántica. Nuestra teoría implica que la ecuación de Einstein está más referida a la información que a la energía o a una ecuación de estado. En otras palabras, la información podría ser una entidad física más profunda que la materia o el campo.
Madre mia, la verdad es que a veces pienso que más de un experto en mecánica cuántica va a acabar en un manicomio jeje. Leyendo la traducción del paper que tan amablemente ha realizado Sagutxo y desde la ignorancia de un aficionado uno tiene la impresión de que aunque la idea original es buena todo esto tiene más de especulación que de descubrimiento científico. Por un lado el artículo recoge los resultados o las ideas de otro estudio anterior hecho por los autores en el que se encuentra una supuesta vinculación entre la energía oscura y “el entrelazamiento cuántico de las fluctuaciones cuánticas del vacio o el borrado de la información cuántica”. No conozco ese estudio pero es de suponer que es altamente especulativo por que un descubrimiento asi se le habría dado mucha publicidad.
Por otro lado es lógico pensar que la información no puede desaparecer de forma irreversible al igual que la energía, entonces si como dice el principio de Landauer el borrado irreversible de información produce energía ¿No estaría codificada aunque desordenada la información en la energía emitida? Por otro lado ¿No decía el principio holográfico que la información quedaba almacenada (aunque desordenada) en la superficie que rodea al agujero negro? Bueno espero que pronto tengamos respuestas concluyentes a todo este embrollo. Pero que sea pronto que el tiempo pasa y seguimos sin respuestas… Algo fundamental se nos está escapando.
Yo pienso que la informacion no se desordena, que el aumento en el desorden es mas bien la perdida de informacion. ¿o no es asi?
Estaría bien que algún físico especializado en MC nos explicara un poco los pormenores del estudio porque, al menos a mi, se me escapan varios detalles y no sabría valorar su alcance. El documento la verdad es muy corto y parece que lo que hace es derivar ciertas ecuaciones de la teoría de la información y obtiene ecuaciones para la gravedad clásica y la ecuación de Einstein. Indirectamente relaciona información con gravedad, la gravedad como un proceso emergente a partir de cambios en la información de un sistema. Los autores son modesto y no parece indicar tener conclusiones definitivas, sino que su estudio abre una posible vía para la consolidación de una teoría de la gravedad cuántica que incluya la gravedad clásica de Newton y Einstein, al igual que la gravedad einsteniana contempla la gravedad de Newton para aquellos marcos donde no se dan fenómenos relativistas debido a velocidades próximas a c o masas enormes.
Se agradece que alguien versado y “profesional” nos explique más detalles del paper, algo así como “este paper para torpes”
SalU2
Plank; en el artículo traducido por Manuel se lee que el trabajo del tal Verlinde proponía que las diferencias de entropía que se dan entre una parte y otra del Universo generaban una fuerza que redistribuía la materia, de forma que aumentara la entropía total del sistema (el Universo en este caso), que es en definitiva lo que dice la segunda ley de la termondinámica.
Y esa fuerza es la gravedad según estos autores. Además, estos últimos han ido un paso más allá que Verlinde al encontrar una relación entre gravedad e información, incluso dando una interpretación de la ecuación de Einstein como más dirigida a la información que a la energía. Ya es un tema viejo la interpretación de energia equivalente a información, lo novedoso sería la relación de información y gravedad.
Einstein explicaba la gravedad como el efecto de la deformación de la geometría del espacio-tiempo debido a la masa (materia). Ahora estos pollos dicen que la gravedad surge como un efecto colateral cuando se dan procesos de información en el horizonte de un sistema. Pero no termino de visualizar cómo se genera la gravedad, pienso que debe ser porque la entropía total debe aumentar y la gravedad surge para compensar la disminución de la misma y redistribuir la materia. No lo tengo claro.
SalU2
Es que todo esto no está nada claro. Teóricamente la gravedad debería actuar DISMINUYENDO la entropía no aumentándola: ordena la materia y disminuye los grados de libertad de los sistemas físicos (sistemas planetarios, galaxias, etc) aunque creo que todavía hay controversia en los físicos respecto a esto. Lo que está claro es que necesitamos una teoría cuántica de la gravedad y es muy posible que el desarrollo de una teoría de la información pueda ser la clave.
El Universo se supone que comenzó en un estado de baja entropía y desde entonces ha ido aumentando, ¿no? Puesto que la gravedad es responsable de esta evolución en gran medida, sería de suponer que el Universo como un todo es un sistema donde aumenta la entropía y la gravedad contribuye a ella… ¿o no? Por otro lado es tal como tú dices, parecería que la gravedad organiza la materia en estructuras y por tanto disminuye la entropía… pero eso no podría ser dado que violaría la segunda ley de la termodinámica. Estoy hecho un lio, alguien me lo aclara por favor?
SalU2
Lo siento señores/as, conforme leía iban brotando en mí las ideas, y seguía leyendo y seguían brotando; y todo ello en un frenesí tal, que inevitablemente me ha venido la apetencia de abstaer mis pensamientos en cuestiones relajadamente banales.
Creo que he tenido una eyaculación precoz… ¡noo te joode!.
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Me encanta este asunto. Ya veremos si en otro momento tengo ganas de marcha.
Nota: muy buenas intervenciones.
Saludos.
Hacia algo más fundamental vamos!!
esto es espectacular, porque el origen de la gravedad tiene implicaciones en: causa-efecto, espacio-tiempo, origen de la masa y vacío sin masa (existencia-no existencia), creación de pares, información cuántica, materia dentro de agujero negro, etc, etc que nos da la llave hacia los cálculos y fórmulas de masa, carga electrica, predicciones de vida media, estabilidad de isótopos, fuerzas intermoleculares, etc,etc. todo casi sin teorías de cuerdas!
Pues para mi que la gravedad es lo que “compensa” este desorden…
No se. Si hay un borrado de información, eso implica una disminución de la entropía posible. Tal vez sea que la gravedad compensa una disminución local de la entropía, aumentando el desorden y haciendo que se cumpla la 2ª Ley.
La energía no puede desaparecer (1) y la entropía no puede disminuir (2), la gravedad compensa el borrado conservando la energía y aumentando la entropía. ¿Será así?
SalU2
Creo que con todo este asunto en el que se pretende mezclar a la gravedad con la entropia y a ambas con la información, se nos escapa algo importante; la información no debería casar con la entropía, pues si esta tiende al caos, la información no lo admite lo más mínimo; y si la materia se transforma sin mayores problemas ayudada por la gravedad y la entropía, en el caso de la información ya no sería igual, pues se perdería la base del edificio aunque se conservara el tejado; la información desorganizada no sirve para nada; una información que se desorganice no creo que nunca pueda volver a estructurarse como tal ( De hecho creo que ese sería uno de los principales problemas que existirían en las teletransportaciones)
Pero aquí cuando se trata el concepto de información está referida a los diferentes estados de un sistema dado, íntimamente ligado a la entropía. Si yo tengo un sistema de 2 elementos que pueden adoptar cada uno dos grados de libertad, la máxima información que posee ese sistema es 2, y su entropía será la suma de todos los estados posibles que puede adoptar, 2^2 osea 4. La información no es utilizable en el sentido clásico que le das, como cuando lees un periódico y existe una estructura en las letras que te dan un significado. Aquí no se requiere que tenga sentido o no, eso no es relevante, la cantidad de información de un sistema vendría dado un estado determinado dentro de todos sus estados posibles. Aunque tendría que desempolvar mis viejos apuntes de carrera sobre la teoría de la información.
En el paper creo que decían que había una relación entre información y gravedad, que es una novedad y complementa la relación entre materia y gravedad y la relación de la energía con materia (Einstein). Luego Landauer relacionaba información con energía. No hablan de una relación directa entre gravedad y entropía, como tú propones, parece más bien que afirman que la gravedad es un efecto emergente, que digamos surge como efecto de la variación de la entropía de un sistema, cuando se produce un borrado de información. La gravedad es una especie de reacción del espacio-tiempo para mantener el aumento de la entropía tal como marca la 2ª Ley de la TD. O algo así
“Jae-Weon y sus compañeros suponen que este proceso de borrado debe tener lugar en el horizonte del agujero negro. Y, de ser así, el espacio-tiempo debe auto-organizarse de una forma que maximice la entropía en esos horizontes. En otras palabras, genera una fuerza similar a la gravedad.”
Ya vas a ver cómo de esta terminamos en el manicomio.
SalU2
Gracias por la explicación; y dado que ya has estudiado el tema, te puedo decir que más que loco, lo que yo estoy es “perplejo”.
Es un asunto bastante complicado que se escapa a mi comprensión; creo además que todo esto tiene muchas dosis de teórica; por ejemplo si hablamos de la mente humana como la información dada de un cuerpo físico, la entropía en ese caso, si se intentara por ejemplo la teletransportación, sería máxima, pues no conocemos aún como funciona nuestra mente; entonces el resultado podría ser catastrófico(Por contra, todo lo que de la mente se conociera, si se dispusiera de esos datos en la fuente de llegada disminuiría la entropía). El efecto o consecuencia de la gravedad más vale dejarlo, porque supongo que se refiere a gandes áreas del espacio , no a particularidades.
(Ya lo dejo que me parece que me estoy “entropiando”).
buf, todo esto me suena a ciencia ficción. Yo no controlo mucho del tema pero me parece paradójico que la gravedad sea en realidad la primera fuerza que hemos “entendido”, …. ¿no es cierto? siempre ha estado ahí, no solo al andar, correr, sino técnicamente al fabricar armamentos, catapultas, edificios, cúpulas, arcos, que digo que siempre se ha tenido en cuenta (y hasta fue la primera en entenderse en cuanto a sus leyes de proporcionalidad, Kepler, Newton).
Incluso entendemos que estando dentro de un tren en movimiento, objeto grande, su masa y movimiento nos atrae de tal manera que si saltamos en nuestro asiento volvemos a caer en el asiento, mientras que si lo hacemos por la puerta caemos 10 metros más atrás, tomando como referencia el tren. Con lo cuál todo parece mucho más extraño de lo que parecía. Muy extraño. Piénsese igualmente en la rotación vertiginosa de la tierra y el movimiento de ésta alrededor del sol y del conjunto alrededor de la galaxia, una velocidad alucinante, en fin, como para volverse locos.
Sagutxo la que has liado con la traducción del famoso paper algunos vamos a terminar en el psiquiatra jeje. Ahora en serio, como se intuía aqui puede haber algo bastante gordo y revolucionario, leer el siguiente artículo sobre el recientísimo trabajo de Verlinde que creo va a aportar bastante luz en este complicado tema (son 3 partes muy breves):
la gravedad:una fuerza entrópica
Como sabreis el aumento de la entropía se produce debido fundamentalmente a que estadísticamente es MUCHO MÁS PROBABLE que el sistema evolucione hacia un aumento de los grados de libertad (o sea del desorden) que de que evolucione por si mismo hacia un estado más ordenado. Verlinde, analizando un sistema compuesto de 2 masas (una grande y otra pequeña) y utilizando el principio holográfico (analizando el comportamiento de una hipotética superficie holográfica que contiene toda la información de ambas masas) ha descubierto que estadísticamente los movimientos hacia la masa mayor SON MÁS PROBABLES QUE LOS OTROS, esto desemboca en una fuerza atractiva: LA GRAVEDAD. Es decir, la gravedad surge como consecuencia de la 2º ley de la termodinámica:para AUMENTAR LA ENTROPIA del sistema (esto creo que puede contestar a muchas de las preguntas que planteaba antes el amigo Saguntxo).
Es curioso. Recientemente tuve una idea. Verán, algo que ha maravillado a los biólogos es el hecho de que el aumento en complejidad de los organismos vivos parece violar la segunda ley, al menos a nivel local. La idea es que la segunda ley, lejos de de ser violada por los organismos vivos, contribuye aumentando su complejidad. El aumento en entropía (desorganización) va acompañado de un aumento en la interdependencia, por ende en un aumento en las relaciones en el siguiente nivel de complejidad, por lo tanto aumenta la complejidad y tamaño de este nivel. Me explico. Las sociedades evolucionan conjuntamente con una mayor simplificación del individuo. En un tiempo 1 tenemos una sociedad simple y un individuo complejo capaz de ejecutar múltiples funciones. En un tiempo 2, los individuos han perdido muchas de sus funciones debido a la entropía, lo que los hace más dependientes de la sociedad. Los recursos energéticos disponibles por la pérdida de función pueden entonces ser utilizados para la especialización, aumentando la interdependencia. En el tiempo 2 entonces tendremos organismos más simples, pero el nivel de complejidad de la sociedad habrá aumentado.
Lo que es cierto para el nivel de sociedad debe ser cierto para el nivel de individuo, el nivel de célula, de organela y finalmente (¿?), el nivel de moléculas complejas, entonces la evolución hacia la complejidad estaría asentada en principios económicos y no puramente biológicos. Lo que me pregunto es si podríamos continuar extrapolando este fenómeno (aumento en la entropía del nivel inferior es igual a aumento en complejidad en el nivel superior) hacia abajo, hasta llegar a los niveles más básicos de la materia. En este caso la frontera entre el mundo animado e inanimado se volvería más tenue, además de que podríamos generalizar los fenómenos cuánticos a principios económicos. Si esto es cierto el fenómeno de la vida no sería algo tan raro, después de todo.
Hay algunas cosas que me intrigan: 1) La entropía predice la muerte del universo (0 organización), pero en el tiempo 0 de la creación (big bang) toda la información que contiene el universo estaba comprimida en una singularidad. Esa información abarca el todo, incluyendo la complejidad de los cerebros, las poblaciones, los organismos vivos, la sabiduría humana de todos los tiempos, los sistemas planetarios, las galaxias y otras formas de vida. Todo estaba allí ya, desde un inicio. Es decir, una cantidad de información muy grande en un punto infinitamente pequeño. Por lo tanto todo lo que es, ya fue en ese punto, y aunque el universo pueda tomar un infinito numero de caminos, todos esos caminos ya estaban contenidos en ese pequeño punto.
2) Si reducimos las cuatro fuerzas a información, podríamos describir esa singularidad en su totalidad utilizando un código binario. Si contáramos con un ordenador lo suficientemente grande, podríamos recrear el universo entero de una manera virtual, comenzando incluso desde el big bang ¿no es así? Un individuo inteligente en ese universo programado no tendría manera de saber que es virtual (a menos que fuera físico teórico, claro está).
Solo algunas elucubraciones, pero aquí paro pues de continuar caería en el campo de la metafísica y nos saldríamos del tema.
Sólo el último punto: no xD. La lógica que emplea la mente humana ni es algorítmica ni es binaria, eso lo sabemos. Es borrosa. La lógica booleana es de ceros y unos, síes y noes, pero existe lógica ternaria, sí, no, y ni sí ni no, cuaternaria, quinaria, y lo quieras, y llevándolo al extremo fractal, lógica borrosa, donde algo sea 76,24% sí y 23,56% no. Fíjate que esto no es incompatible con tener un sistema discreto, realmente no pasa en absoluto a ser continuo (sólo a parecerlo), pero se vuelve de una complejidad que hace totalmente imposible su determinismo.
En cuanto a la entropía, pasa como la MC. A mí me cuesta muchísimo trabajo explicar muchas cosas así que por motivos de recursos me limito a sugerir que la interpreten no mucho más allá de lo que la fórmula indica. Para especular es divertido, pero si queremos ir en serio hay que ir con cuidado.