Caer en un agujero negro puede convertirte en un holograma

Caer en un agujero negro puede convertirte en un holograma

Caer en un agujero negro puede convertirte en un holograma

NASA/JPL-Caltech

En la película Interestelar, el personaje principal, Cooper, escapa de un agujero negro a tiempo para ver a su hija Murph en sus últimos días. Algunos han argumentado que la película es tan científica que debería enseñarse en las escuelas. De hecho, muchos científicos creen que cualquier cosa enviada a un agujero negro probablemente sería destruida. Pero un nuevo estudio sugiere que ese podría no ser el caso después de todo.

La investigación indica que, en lugar de ser devorada, una persona que cae en un agujero negro en realidad sería absorbida por un holograma, sin siquiera darse cuenta. El documento cuestiona una teoría rival de que cualquiera que caiga en un agujero negro golpea un «cortafuegos» y es destruido de inmediato.

Los agujeros negros de Hawking

Hace cuarenta años, Stephen Hawking conmocionó al establecimiento científico cuando descubrió que los agujeros negros no son realmente negros. La física clásica implica que todo lo que cae a través del horizonte de un agujero negro nunca puede escapar. Pero Hawking demostró que los agujeros negros emiten radiación continuamente una vez que se tienen en cuenta los efectos cuánticos. Desafortunadamente, para los agujeros negros astrofísicos típicos, la temperatura de esta radiación es mucho más baja que la del fondo cósmico de microondas, lo que significa que su detección supera la tecnología actual.

Los cálculos de Hawking son confusos. Si un agujero negro emite radiación continuamente, perderá masa continuamente y eventualmente se evaporará. Hawking se dio cuenta de que esto implicaba una paradoja: si un agujero negro puede evaporarse, la información sobre él se perderá para siempre. Esto significa que incluso si pudiéramos medir la radiación de un agujero negro, nunca podríamos averiguar si se formó originalmente. Esto viola una regla importante de la mecánica cuántica de que la información no se puede perder ni crear.

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Otra forma de ver esto es que la radiación de Hawking plantea un problema de determinismo para los agujeros negros. El determinismo implica que el estado del universo en un momento dado está determinado únicamente por su estado en cualquier otro momento. Así es como podemos rastrear su evolución tanto astronómica como matemáticamente a través de la mecánica cuántica.

Esto significa que la pérdida del determinismo debería resultar de la reconciliación de la mecánica cuántica con la teoría de la gravedad de Einstein, un problema notoriamente difícil y un objetivo final para muchos físicos. La física de los agujeros negros proporciona una prueba para cualquier teoría potencial de la gravedad cuántica. Cualquiera que sea su teoría, debería explicar qué sucede con la información que registra la historia de un agujero negro.

Los científicos tardaron dos décadas en encontrar una solución. Sugirieron que la información almacenada en un agujero negro es proporcional a su área (en dos dimensiones) más que a su volumen (en tres dimensiones). Esto podría explicarse por la gravedad cuántica, donde las tres dimensiones del espacio podrían reconstruirse a partir de un mundo bidimensional sin gravedad, como un holograma. Poco después, se descubrió que la teoría de cuerdas, la teoría de la gravedad cuántica más estudiada, era holográfica de esta manera.

Gracias a la holografía, podemos describir la evaporación del agujero negro en el mundo bidimensional sin gravedad, para lo cual se aplican las reglas habituales de la mecánica cuántica. Este proceso es determinista, con pequeñas imperfecciones en la radiación que codifica la historia del agujero negro. Entonces, la holografía nos dice que la información no se pierde en los agujeros negros, pero ha sido sorprendentemente difícil encontrar la falla en los argumentos originales de Hawking.

Bolas de fuzz vs cortafuegos

Pero el aspecto exacto de los agujeros negros descritos por la teoría cuántica es más difícil de determinar. En 2003, Samir Mathur propuso que los agujeros negros son en realidad bolas borrosas, en las que no hay un horizonte nítido. Las fluctuaciones cuánticas alrededor de la región del horizonte registran información sobre la historia del agujero, por lo que la propuesta de Mathur resuelve la paradoja de la pérdida de información. Sin embargo, la idea ha sido criticada por implicar que alguien que cae en una bola de pelusa tiene una experiencia muy diferente a alguien que cae en un agujero negro descrito por la teoría de la relatividad general de Einstein.

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La descripción de la relatividad general de los agujeros negros sugiere que una vez que pasas el horizonte de eventos, la superficie de un agujero negro, puedes profundizar más y más. Mientras lo hace, el espacio y el tiempo se distorsionan hasta que alcanzan un punto llamado «singularidad», momento en el que las leyes de la física dejan de existir. (Aunque en realidad morirías bastante temprano en este viaje, ya que las intensas fuerzas de las mareas te están separando).

En el universo de Mathur, sin embargo, no hay nada más allá del nebuloso horizonte de los acontecimientos. Actualmente, una teoría rival en la gravedad cuántica es que cualquiera que caiga en un agujero negro golpea un «cortafuegos» y es destruido de inmediato. La propuesta del cortafuegos ha sido criticada porque (como las bolas de fuzz) los cortafuegos tienen un comportamiento radicalmente diferente en el horizonte que los agujeros negros de la relatividad general.

Pero Mathur argumenta que para un observador externo, alguien que cae en una bola de pelo casi parece alguien que cae en un agujero negro de Einstein, aunque quienes caen tienen experiencias muy diferentes. Otras personas que trabajan en firewalls y fuzzballs bien podrían pensar que estos argumentos se basan en las propiedades del ejemplo que usó. Mathur usó una descripción explícita de un tipo muy especial de fuzzball para presentar su caso. Estas bolas difusas especiales son probablemente muy diferentes de las bolas difusas necesarias para describir agujeros negros astrofísicos realistas.

El debate sobre lo que realmente sucede cuando caes en un agujero negro probablemente continuará durante algún tiempo. La pregunta clave es comprender que la región del horizonte no se reconstruye como un holograma, sino cómo sucede exactamente.

El arXiv. Número de resumen: 1506.04342 (Acerca de arXiv).

La conversaciónEste artículo apareció originalmente en The Conversation

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