Vea También
 |
| "Resulta que los agujeros negros son, de hecho, niños buenos, que se aferran a la memoria de las estrellas que los hicieron nacer". |
En la década de 1970, Stephen Hawking descubrió que un agujero negro aislado emite radiación, pero sólo si se considera la mecánica cuántica. Esto se conoce como evaporación del agujero negro porque el agujero negro se encoge. Sin embargo, esto condujo a la paradoja de la información de los agujeros negros.
Si el agujero negro se evapora por completo, la información física desaparecería permanentemente en un agujero negro. Sin embargo, esto viola un precepto central de la física cuántica: la información no puede desaparecer del Universo.
Un nuevo estudio realizado por un cuarteto internacional de físicos sugiere que los agujeros negros son más complejos de lo que se pensaba en un principio. Tienen un campo gravitatorio que, a nivel cuántico, codifica información sobre cómo se formaron.
El equipo de investigación está formado por el profesor Xavier Calmet, de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Sussex, el profesor Roberto Casadio (INFN, Universidad de Bolonia), el profesor Stephen Hsu (Universidad Estatal de Michigan), junto con el estudiante de doctorado Folkert Kuipers (Universidad de Sussex). Su estudio mejora significativamente la comprensión de los agujeros negros y resuelve un problema que ha confundido a los científicos durante casi medio siglo: la paradoja de la información de los agujeros negros.
Los físicos resolvieron esta paradoja demostrando que los agujeros negros tienen una propiedad que llaman "pelo cuántico".
En los años 60, el eminente físico John Archibald Wheeler expresó que los agujeros negros carecen de cualquier característica observable, más allá de su masa total, su espín y su carga, diciendo que "los agujeros negros no tienen pelo". Esto se conoce como el teorema del no pelo.
Los físicos demostraron que los agujeros negros tienen una característica adicional llamada "pelo cuántico de la gravedad". Utilizaron métodos matemáticos específicos para realizar cálculos en gravedad cuántica. Al hacerlo, demostraron que la materia que cae en el agujero negro deja una huella en el campo gravitatorio del agujero negro al considerar las correcciones gravitatorias cuánticas. Esta huella se denomina "pelo cuántico".
Los científicos compararon los campos gravitatorios de dos estrellas con la misma masa total y radios, pero con composiciones diferentes. A nivel clásico, las dos estrellas tienen el mismo potencial gravitatorio, pero el potencial depende de la composición de la estrella a nivel cuántico. Cuando las estrellas colapsan y se convierten en agujeros negros, sus campos gravitatorios conservan la memoria de lo que estaban hechas las estrellas y llevan a la conclusión de que, después de todo, los agujeros negros tienen pelo.
Este "pelo cuántico" ofrece un mecanismo por el que se preserva la información durante el colapso de un agujero negro.
Xavier Calmet, catedrático de Física de la Universidad de Sussex, reflexiona sobre las implicaciones del pelo cuántico para la física: "Los agujeros negros se han considerado durante mucho tiempo el laboratorio perfecto para estudiar cómo fusionar la teoría de la relatividad general de Einstein con la mecánica cuántica. En general, la comunidad científica suponía que la resolución de esta paradoja exigiría un enorme cambio de paradigma en la física, que obligaría a reformular la mecánica cuántica o la relatividad general.
"Lo que hemos descubierto -y creo que es especialmente emocionante- es que esto no es necesario. Nuestra solución no requiere ninguna idea especulativa; en cambio, nuestra investigación demuestra que las dos teorías pueden usarse para hacer cálculos consistentes para los agujeros negros y explicar cómo se almacena la información sin necesidad de una nueva física radical.
"Resulta que los agujeros negros son, de hecho, niños buenos, que guardan la memoria de las estrellas que los hicieron nacer".
Explicando el descubrimiento del pelo cuántico, Roberto Casadio, profesor de Física Teórica de la Universidad de Bolonia, dijo: "Un aspecto crucial es que el colapso de objetos compactos forma agujeros negros, y entonces, según la teoría cuántica, no hay una separación absoluta entre el interior y el exterior del agujero negro. En la teoría clásica, el horizonte actúa como una membrana unidireccional perfecta que no deja salir nada, y el exterior es, por tanto, el mismo para todos los agujeros negros de una masa determinada. Este es el teorema clásico del no pelo. Sin embargo, en la teoría cuántica, el estado de la materia que colapsa y forma el agujero negro sigue afectando al estado del exterior, aunque de forma compatible con los límites experimentales actuales. Esto es lo que se conoce como pelo cuántico".
Stephen Hsu, catedrático de Física Teórica y profesor de Matemáticas Computacionales, Ciencia e Ingeniería de la Universidad Estatal de Michigan, añadió: "El concepto de horizonte causal es fundamental para la noción de agujero negro. Lo que está detrás del horizonte no puede, en la física clásica, influir en el exterior. Hemos mostrado intrincados entrelazamientos entre el estado cuántico de la materia detrás del horizonte (dentro del agujero) y el estado de los gravitones fuera. Este entrelazamiento permite codificar información cuántica sobre el interior del agujero negro en la radiación Hawking que escapa al infinito".
Fuentes, créditos y referencias:
- Xavier Calmet, Roberto Casadio, Stephen D. H. Hsu, and Folkert Kuipers. Quantum Hair from Gravity. DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.111301
- Xavier Calmet, Stephen D.H.Hsu. Quantum hair and black hole information. DOI: 10.1016/j.physletb.2022.136995
Fuente: Universidad de Sussex