Los agujeros negros tienen propiedades cuánticas

Los agujeros negros tienen propiedades características de las partículas cuánticas.

Los agujeros negros tienen propiedades características de las partículas cuánticas, según revela un nuevo estudio, que sugiere que los desconcertantes objetos cósmicos pueden ser al mismo tiempo pequeños y grandes, pesados ​​y ligeros, o muertos y vivos, como el legendario gato de Schrödinger. 

El nuevo estudio, basado en modelos informáticos, tenía como objetivo encontrar la difícil conexión entre la alucinante física que distorsiona el tiempo de los objetos supermasivos, como los agujeros negros, y los principios que guían el comportamiento de las partículas subatómicas más pequeñas. 

“Los agujeros negros son una característica increíblemente única y fascinante de nuestro universo”, dijo en un comunicado el autor principal del estudio, Joshua Foo, investigador de doctorado en física teórica en la Universidad de Queensland.

“Se crean cuando la gravedad comprime una gran cantidad de materia increíblemente densa en un espacio diminuto, creando tanta atracción gravitacional que ni siquiera la luz puede escapar. Es un fenómeno que puede ser desencadenado por una estrella moribunda. Pero, hasta ahora, no hemos investigado en profundidad si los agujeros negros muestran algunos de los comportamientos extraños y maravillosos de la física cuántica” asegura Foo.

El equipo de estudio desarrolló un marco matemático que colocó una partícula cuántica simulada justo fuera de un agujero negro simulado gigante. La simulación reveló que el agujero negro mostraba signos de superposición cuántica, la capacidad de existir en múltiples estados a la vez; en este caso, ser masivo y no masivo al mismo tiempo

"Queríamos ver si los agujeros negros podrían tener masas muy diferentes al mismo tiempo, y resulta que si. Hasta ahora, no hemos investigado en profundidad si los agujeros negros muestran algunos de los comportamientos extraños y maravillosos de la física cuántica" señala Foo.

La masa se analizó específicamente, ya que es una característica definitoria de un agujero negro y es plausible que los agujeros negros cuánticos tengan naturalmente una superposición de masas.

La codirectora de investigación, la  Dra. Magdalena Zych , dijo que la investigación, de hecho, refuerza las conjeturas planteadas por los pioneros de la física cuántica.

La dualidad onda-partícula es un ejemplo de superposición. Es decir, un objeto cuántico que existe en múltiples estados a la vez. Un electrón, por ejemplo, está "aquí" y "allá" simultáneamente. Solo una vez que hacemos un experimento para averiguar dónde está, se establece en uno u otro.

Esto hace que la física cuántica se trate de probabilidades. Solo podemos decir en qué estado es más probable que se encuentre un objeto una vez que miramos. Estas probabilidades se encapsulan en una entidad matemática llamada función de onda. Se dice que hacer una observación "colapsa" la función de onda, destruyendo la superposición y forzando al objeto a uno de sus muchos estados posibles.

El ejemplo más conocido de superposición cuántica es el legendario gato de Schrödinger, un experimento mental diseñado por el físico de principios del siglo XX Erwin Schrödinger para demostrar algunos de los problemas clave de la física cuántica. Según las teorías cuánticas, las partículas subatómicas existen en múltiples estados simultáneamente hasta que interactúan con el mundo exterior. Esta interacción, que podría ser el simple hecho de ser medida u observada, arroja a la partícula a uno de los estados posibles. 

Schrödinger, quién ganó el Premio Nobel de Física en 1933, pretendía que el experimento demostrara lo absurdo de la teoría cuántica, ya que sugeriría que un gato encerrado en una caja puede estar vivo y muerto al mismo tiempo basándose en el comportamiento aleatorio de los átomos, hasta que un observador rompa la superposición. 

Sin embargo, resultó que, mientras que un gato en una caja podría estar muerto independientemente de las acciones del observador, una partícula cuántica puede existir en un estado doble. Y el nuevo estudio indica que un agujero negro también lo hace. 

El físico teórico estadounidense e israelí Jacob Bekenstein fue el primero en postular que los agujeros negros pueden tener propiedades cuánticas. Dado que un agujero negro se define por su masa, su superposición cuántica debe significar que esta extraña puerta de enlace gravitacional puede tener múltiples masas que caen dentro de ciertas proporciones.

"Nuestro modelo mostró que estas masas superpuestas estaban, de hecho, en ciertas bandas o proporciones determinadas, como predijo Bekenstein", dijo la coautora del estudio Magdalena Zych, física de la Universidad de Queensland y co supervisora ​​de la investigación. en la declaración. "No asumimos ningún patrón de este tipo, por lo que el hecho de que encontráramos esta evidencia fue bastante sorprendente". 

No es que estemos más cerca de comprender lo que sucede dentro de los agujeros negros. Pero sea lo que sea, probablemente sea incluso más fantástico de lo que podríamos imaginar. 

Referencias:

Joshua Fooi. et al. Quantum Signatures of Black Hole Mass Superpositions. PHYSICAL REVIEW LETTERS 2022. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.181301

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.

Continúa leyendo