A vida em um holograma

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Dan Harlow passa muito tempo pensando em um universo "bumerangue".

O físico do MIT está procurando respostas para uma das maiores questões da física moderna: como nosso universo pode obedecer a dois livros de regras incompatíveis?

O primeiro - o Modelo Padrão da Física - é a teoria da mecânica quântica de partículas, campos e forças, e as maneiras pelas quais eles interagem para construir o universo em que vivemos. O segundo - a teoria da relatividade geral de Einstein - descreve a influência de gravidade e como a força fundamental une a matéria para construir os planetas, galáxias e outros objetos massivos.

Ambas as teorias se saem notavelmente bem em suas respectivas pistas. No entanto, a teoria de Einstein falha ao tentar descrever como a gravidade funciona em escalas quânticas, enquanto a mecânica quântica faz previsões que distorcem a realidade quando aplicadas em dimensões cósmicas massivas. Por mais de um século, os físicos procuraram maneiras de unir as duas teorias e chegar à verdade sobre o que faz nosso universo funcionar.

Harlow suspeita que qualquer fio de conexão pode ser delicado demais para ser compreendido em nosso universo existente. Em vez disso, ele está procurando por respostas em uma versão "bumerangue" - uma realidade alternativa que se dobra sobre si mesma, como a trajetória de um bumerangue, em vez de se estender e se expandir sem fim como nosso universo real faz. A gravidade quântica neste universo bumerangue acaba sendo mais fácil de entender, pois pode ser reformulada em termos da teoria quântica convencional (sem gravidade) usando uma ideia poderosa chamada dualidade holográfica. Isso torna muito mais simples de contemplar, pelo menos de uma perspectiva teórica.

Nesse ambiente de bumerangue, Harlow fez algumas revelações emocionantes e inesperadas. Ele mostrou, por exemplo, que as equações que descrevem como a gravidade se comporta neste universo de "brinquedo" são as mesmas equações que controlam os códigos de correção de erros quânticos que, esperamos, em breve serão usados ​​para construir computadores quânticos do mundo real. O fato de a matemática que descreve a gravidade ter algo a ver com a proteção de informações em computadores quânticos foi uma surpresa em si. O fato de ambos os fenômenos compartilharem a mesma física, pelo menos neste universo alternativo, sugere uma conexão potencial entre a teoria de Einstein e a mecânica quântica no universo real.

A descoberta, que Harlow fez como pós-doutorando na Universidade de Princeton em 2014, gerou novas linhas de investigação no estudo da gravidade quântica e da teoria da informação quântica. Desde que ingressou no MIT e no Centro de Física Teórica em 2017, Harlow continuou sua busca por conexões fundamentais entre a relatividade geral e a mecânica quântica e como elas podem se cruzar nos contextos de buracos negros e cosmologia.

“Uma das coisas divertidas é que, embora na física e mais na ciência em geral estejamos todos estudando sistemas e experimentos diferentes, muitas das ideias são as mesmas”, diz Harlow, professor associado que recebeu posse em 2022. "Então, eu tento ter uma mente aberta e manter meus ouvidos abertos, e procuro como as coisas podem estar relacionadas."

"Uma filosofia humanista"

Nascido em Cincinnati, Harlow mudou-se ainda criança com sua família para Boston, onde passou vários anos antes de a família se mudar novamente, estabelecendo raízes em Chicago. Aos 10 anos, começou a ter aulas de piano, concentrando-se primeiro na música clássica e depois no rock. No ensino fundamental, ele tocou teclado em várias bandas antes de encontrar seu ritmo no estilo de jazz mais solto e improvisado.