Los agujeros negros podrían explicar la paradoja de la información

Uno de los desafíos más grandes que enfrenta la física moderna es la llamada Paradoja de la Información de los agujeros negros.

Uno de los desafíos más grandes que enfrenta la física moderna es la llamada Paradoja de la Información de los agujeros negros, ahora, una nueva geometría del espacio-tiempo con estructura de agujero de gusano ayuda a aclarar el puzzle de cómo la información escapa de un agujero negro.

La relatividad general nos dice que nada que cruce el horizonte de sucesos puede escapar, pero la mecánica cuántica indica que deberían emitir radiación y eventualmente evaporarse por completo.

Según la teoría de la relatividad especial de Einstein, nada puede viajar más rápido a través del espacio que la velocidad de la luz. Esto significa que el horizonte de eventos de un agujero negro es esencialmente el punto desde el cual nada puede regresar. El nombre se refiere a la imposibilidad de presenciar cualquier evento que tenga lugar dentro de ese borde, el horizonte más allá del cual uno no puede ver.

Dentro del horizonte de sucesos, el hipotético viajero podría encontrar la singularidad del agujero negro, que es el lugar donde la teoría afirma que toda la masa del objeto se ha colapsado en una extensión infinitamente densa. Esto significa que el tejido del espacio y el tiempo en torno a la singularidad también se ha curvado en un grado infinito, por lo que las leyes de la física tal como las conocemos actualmente se rompen, según la teoría de Einstein.

La pregunta es, ¿qué pasa con la información? Un nuevo estudio dice que los agujeros de gusano ayudan a arrojar luz sobre el misterio de lo que sucede con la información sobre la materia consumida por los agujeros negros.

Un agujero de gusano se entiende como un puente que conecta regiones distantes del Universo. Nunca hemos detectado uno, por lo que hasta ahora sigue siendo únicamente una predicción matemática. Lo que los investigadores sugieren en estas estructuras es, básicamente una ruta de escape para la información.

Bajo el enfoque tradicional los agujeros negros son regiones del espacio-tiempo sumamente densas donde nada, absolutamente nada puede escapar. Ni siquiera la luz. El problema es que esto nos dice muy poco sobre estos objetos.

Kanato Goto, físico Interdisciplinar Teórico y Matemático Ciencias de Riken junto a dos científicos más, descubrieron que el agujero de gusano puede  ayudar a arrojar luz sobre el misterio de lo que sucede con la información sobre la materia consumida por los agujeros negros.

 

Volviendo a Einstein, recordemos que su teoría predice que nada que caiga en un agujero negro puede escapar de sus garras. Pero en la década de 1970, Stephen Hawking calculó que los agujeros negros deberían emitir radiación cuando se considera la mecánica cuántica, la teoría que rige el reino microscópico. "Esto se llama evaporación de agujero negro porque el agujero negro se encoge, como una gota de agua que se evapora", explica Goto  Sin embargo, esta teoría, condujo a una paradoja.

Eventualmente, el agujero negro se evaporará por completo, al igual que cualquier información sobre su contenido tragado. Pero esto contradice un dicho fundamental de la física cuántica: que la información no puede desaparecer del Universo. “Esto sugiere que la relatividad general y la mecánica cuántica, tal como están actualmente, son inconsistentes entre sí”,  señala Goto. “Tenemos que encontrar un marco unificado para la gravedad cuántica”. Muchos físicos sospechan que la información se escapa, codificada de alguna manera en la radiación. Para investigar, calculan la entropía de la radiación, que mide cuánta información se pierde desde la perspectiva de alguien fuera del agujero negro.

En 1993, el físico Don Page calculó que si no se pierde información, la entropía crecerá inicialmente, pero se reducirá a cero a medida que desaparezca el agujero negro. Cuando los físicos simplemente combinan la mecánica cuántica con la descripción estándar de un agujero negro en la relatividad general, Page parece estar equivocado: la entropía crece continuamente a medida que el agujero negro se encoge, lo que indica que se pierde información.

Recientemente, los físicos han explorado cómo los agujeros negros imitan a los agujeros de gusano, proporcionando una ruta de escape para la información. Esto no es un agujero de gusano en el mundo real, sino una forma de calcular matemáticamente la entropía de la radiación, señala Goto. “Un agujero de gusano conecta el interior del agujero negro y la radiación exterior, como un puente”.

Goto y sus dos colegas realizaron un análisis detallado que combinaba la descripción estándar y la imagen de un agujero de gusano, su resultado coincidió con la predicción de Page, lo que sugiere que los físicos tienen razón al sospechar que la información se conserva incluso después de la desaparición del agujero negro.

“Descubrimos una nueva geometría del espacio-tiempo con una estructura similar a un agujero de gusano que se había pasado por alto en los cálculos convencionales”, dice Goto en el comunicado. "La entropía calculada con esta nueva geometría da un resultado completamente diferente". Continua Goto su explicación.

Pero esto plantea nuevas preguntas. “Todavía no conocemos el mecanismo básico de cómo la radiación se lleva la información”, dice Goto. “Necesitamos una teoría de la gravedad cuántica”. Concluye.

Referencia:

Kanato Goto. et al. Replica wormholes for an evaporating 2D black hole. Journal of High Energy Physics 2021 DOI: https://doi.org/10.1007/JHEP04(2021)289

 

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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