¿Qué tan grave sería romper la física si la materia oscura no fueran "partículas"?

Si la materia oscura (DM) resulta no ser partículas, no rompe la física tanto como podría romper a los físicos. Erik Verlinde postula que DM se debe al papel del entrelazamiento en el espacio-tiempo. Para el espaciotiempo AdS de De Sitter, el entrelazamiento con el horizonte, o el espaciotiempo anti-de Sitter con su límite, se contrasta con el entrelazamiento entre partículas en un espaciotiempo de De Sitter. Verlinde utiliza el siguiente diagrama para ilustrar esto:

Estos enredos transportan energía oscura a través de estos puentes Einstein-Rosen (ER) que se definen en la equivalencia ER = EPR. Esto da como resultado diferentes distribuciones masivas de entropía de entrelazamiento y, por lo tanto, diferentes perturbaciones de curvatura del espacio-tiempo. Para el entrelazamiento puro con el límite, como lo que sucedería con AdS, esta es una forma de equivalencia de AdS con una teoría de campo conforme (CFT) en el límite. Entonces, la gravitación en la mayor parte del AdS es equivalente a la CFT en el límite. Para el caso de la derecha en dS, estos enredos son "libres" y no están vinculados exclusivamente a un límite u horizonte.

Para el espacio-tiempo de Schwarzschild con dos parches temporales, una partícula dentro de un agujero negro puede entrelazarse con un estado en las dos regiones I y II. En el siguiente diagrama, el lazo rojo corresponde a un$O(\hbar)$la fluctuación cuántica o bucle puede aparecer para un observador como una partícula vista como el punto rojo en la región I que está enredada con una partícula en la región II. Sin embargo, dado que esto se superpone con un bucle, ambas partículas son equivalentes a una partícula dentro del agujero negro correspondiente a cualquier punto del bucle en la región III. De esta manera, un entrelazamiento bipartito de una partícula con un agujero negro no se convierte en un entrelazamiento tripartito después del tiempo de la página, ¡porque finalmente ha habido una redundancia en el conteo de partículas! Estos puentes ER identificados con entrelazamientos son la región III de los agujeros negros, y ER = EPR significa que el entrelazamiento cuántico es fundamentalmente equivalente a un agujero negro, y que el entrelazamiento cuántico de alguna manera "une" regiones del espacio-tiempo, como estos puentes ER .

Erik Verlinde lleva esto un poco más allá al argumentar que puede haber una distribución de la entropía de entrelazamiento en el espacio-tiempo que tiene contenido gravitacional, pero que no se debe a las partículas. Verlinde luego argumenta que esto da como resultado una forma de desviación del espacio-tiempo similar a MOND que observamos como materia oscura. En un sentido divertido, Verlinde luego argumenta que DM se debe a un efecto cuántico, que es similar a la pregunta aquí.

La idea es interesante, y podría ser el caso. Sin embargo, diré que tengo problemas con eso. Discutiría con los agujeros negros, donde el remanente de un agujero negro no es un agujero negro de masa de Planck que es de alguna manera estable, sino partículas elementales. Yo diría que si bien Verlinde tiene una comparación interesante sobre entrelazamientos con horizontes y límites con entrelazamientos en masa, diría que la entropía del entrelazamiento en masa se debe en última instancia a las partículas elementales. Creo que el análisis de Verlinde posiblemente podría extenderse para mostrar que esto puede generar alguna forma de partículas elementales.

Así que diría que tal como están las cosas ahora, que es con un gran rango de incertidumbre del conocimiento, podría darse el caso de que el argumento de Verlinde o algo similar pudiera demostrar que DM es un efecto cuántico puro.

En realidad, es difícil decir qué tan mal rompería la física, porque la información que necesitaríamos saber no está disponible (o al menos, no está disponible sin un Delorian y suficiente gasolina para alcanzar 88 mph)

La física no define la realidad, la modela. Dice lo que debemos esperar de la realidad en base a las observaciones empíricas que hacemos. No afirmamos que "la materia oscura existe", sino que afirmamos "si modela la realidad como si existiera la materia oscura, sus predicciones se alinearán con mayor precisión con sus observaciones futuras". El último es más largo y más difícil de decir, pero es lo que realmente queremos decir.

Entonces, todo lo que la física puede hacer es acelerar las observaciones y ver si alguna vez vemos algún comportamiento de la materia oscura que no esté bien modelado como partículas. Si vemos discrepancias, entonces es la naturaleza de esas discrepancias lo que decidirá qué tan mal tiene que romper la física. Sin embargo, simplemente no podemos saber eso hasta que lo observemos.

Por lo que sabemos, la materia oscura podría ser una sustancia mental pura más allá de las leyes de la física. Diría que eso "rompería la física" de manera bastante sólida, aunque no afirmaría que esa hipótesis tiene una probabilidad tan alta. O podría ser que descubramos que era solo un asunto normal todo el tiempo, y simplemente nos equivocamos al observarlo/analizarlo. (La vergüenza de que un cuerpo de evidencia tan prolífico se vuelva amargo puede hacer más para romper la física que cualquier cosa divertida parecida a una partícula ondulada). Podría ser que lo que descubrimos se convierta en evidencia para la teoría de cuerdas. Los teóricos de cuerdas han estado adaptando sus teorías a las observaciones que hemos hecho, ¡pero no hay razón para que las observaciones futuras no faciliten su trabajo! En ese caso, ¡la física podría no romperse en absoluto!