Física al extremo y límites computacionales

Un sector de la física teórica actual, que acostumbra a ser llamado "física extrema", trata con temas relacionados con teorías de supercuerdas, multiverso, teletransportación cuántica, energía negativa, y más, que solo hace unos años se consideraban imaginaciones científicas o puramente especulativas.

Presentar líneas experimentales de evidencia e implicaciones de las observaciones cosmológicas, parecen, por el contrario, apoyar tales teorías. Estos nuevos desarrollos físicos conducen a límites informativos, como la cantidad de información, que un sistema físico puede registrar, y límites computacionales, resultantes de consideraciones sobre agujeros negros y fluctuaciones espacio-tiempo.
 
En el artículo completo publicado en iopscience.iop.org considero límites importantes para la información y el cálculo resultante en particular de las teorías de cuerdas y sus fundamentos.

Muchos de los límites fundamentales en el procesamiento de la información derivan de la física, en particular de termodinámica, relatividad, mecánica cuántica y las siguientes teorías unificadas, como la Teorías de cuerdas. Paradigmas informáticos recientes motivados físicamente, como la informática reversible y la computación cuántica, puede ayudar para los mismos aspectos, pero en todos los casos siguen sujetos a algunos límites básicos.

Las computadoras son sistemas físicos, por lo tanto, las leyes físicas establecen su operatividad, en particular, la velocidad con la que un dispositivo físico puede procesar información es limitado por su energía y la cantidad de información que puede procesar por el número de grados de libertad poseídos. Estos límites físicos de cálculo aparecen dependiendo de constantes físicas importantes, la velocidad de la luz c, la escala cuántica ¯h y la gravedad constante G.

La llamada "información física extrema", vista como una extensión de la la teoría de la información, incluye mucha física teórica y se ha utilizado para obtener algunas leyes fundamentales no solo en los sectores de la física, sino también en biología, química y economía.

El principio holográfico es una propiedad de las teorías de cuerdas y la gravedad cuántica que declara que la descripción de un volumen de espacio puede considerarse codificada en el límite de la región, de preferencia un límite de luz. A través de esta teoría, todo el universo puede verse como una información de estructura 2D "pintada" en el horizonte cosmológico, de modo que las 3 dimensiones observadas dan como resultado ser una descripción a escalas macroscópicas y bajas energías. Por lo tanto, el universo 3-D podría ser totalmente equivalente a campos cuánticos alternativos y leyes físicas "pintadas" en una gran y distante superficie.

La física de los agujeros negros sugiere credibilidad a esta teoría. Estudios sobre los agujeros negros han demostrado que se define la entropía máxima o el contenido de información de una región espacial por su superficie y no por su volumen. En particular, un hoyo con un área de horizonte A tiene A / 4 unidades de entropía, con el área de Planck, aproximadamente 10 (elevado a)−66 cm2, en cuanto la unidad de área fundamental.

El principio holográfico muestra la equivalencia completa entre dos universos con diferentes dimensiones y obedeciendo diferentes leyes físicas. Desde un punto de vista teórico esta propiedad se ha demostrado matemáticamente para los tiempos espaciales 5-D anti-de Sitter y el correspondiente límite 4-D, considerando el universo 5-D grabado como un holograma en la superficie 4-D.

Como ejemplo, un agujero negro en el espacio-tiempo 5-D parece equivalente a la radiación caliente. En el holograma el agujero y la radiación tienen la misma entropía incluso si el origen físico de la entropía es completamente diferente. Los estudios teóricos sugirieron también que un agujero negro con las propiedades apropiadas pueden servir como base para una descripción de la teoría de cuerdas.

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Las dimensiones de los componentes de los circuitos elementales son cada vez más pequeños. La velocidad de reloj de las computadoraos ha crecido notablemente en los últimos años y puede adaptarse a un proceso de crecimiento exponencial.

Se ha alcanzado un gran progreso en la simulación de las propiedades de los materiales en las computadoras, y estas aplicaciones aceleran la fabricación de dispositivos nuevos y mejores. Mecánica cuántica, junto con las propiedades elementales de la materia y la radiación, se ha convertido en fundamental para el futuro de las computadoras y la computación.

Esto implica que la "computadora definitiva" podría necesariamente incorporan los principios de la física cuántica relativista. Una computadora cuántica permite una mejor comprensión no solo del mundo subatómico, sino que también penetra profundamente significado de la computación.

Quizás una teoría final podría estar relacionada no con campos y espacio-tiempo, sino más bien con información intercambiada entre procesos físicos. Si es así, la visión de la información como parte del mundo encontraría una encarnación completa.

Este texto es una fracción / introducción para el trabajo completo de Paolo Di Sia (*) (Extreme Physics and Informational/Computational Limits – Paolo Di Sia 2011 J. Phys.: Conf. Ser. 306 012067), publicado en iopscience.iop.org.
Lea el artículo en línea para conocerlo completo y con todas sus actualizaciones.

(*) eMail: paolo.disia AT univr.it; 10alla33 AT virgilio.it

Imagen de cabecera: Superionic Water–"Ice" Formed Under Extreme Heat and Pressure (labroots.com)

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Judy Kupferma
– Extreme Physics (Podcast).

Fuente: Paolo Di Sia (*) – iopscience.iop.org