Ayer hablé sobre la termodinámica de los agujeros negros, específicamente cómo se pueden escribir las leyes de la termodinámica, como las leyes de los agujeros negros. Central a la idea de la termodinámica está la propiedad de la entropía, que puede estar relacionada con la cantidad de información que un sistema físico posee.
Para los agujeros negros clásicos, esto es un problema, porque si usted lanza un objeto en un agujero negro, el objeto (y toda su información física) se pierde para siempre. Es como si se borrara la información del objeto, lo que violaría el principio básico de que la información no puede ser destruida. Ahora usted podría argumentar que estar atrapado no es lo mismo que ser destruido, pero en lo que concierne a la información lo es. Si no puede recuperar la información, entonces ha sido destruida.
© Credit: NASA/CXC/M.Weiss
Por supuesto, los agujeros negros no son clásicos. Cuando se introduce un poco de teoría cuántica, se encuentra que los agujeros negros pueden emitir energía a través de la radiación de Hawking. Parecería entonces que la radiación de Hawking proporcionaría una solución a la paradoja de la información. La idea es que un agujero negro puede atrapar un objeto y su información, pero ya que los agujeros negros irradian a través de la radiación de Hawking (y gradualmente se van evaporando debido a ella), la información está contenida en la radiación de Hawking y podría (en principio) ser recuperada.
Esto sería un poco como rasgar un libro en pedazos. El libro cae en la trituradora, pero todos los pequeños pedazos del libro caen fuera de la trituradora. Si se pudieran reunir a todos ellos y volver a montar el libro, la información del libro no se pierde realmente. Pero esto conduce a otro problema, conocido como la paradoja del cortafuegos.
La idea original de la radiación de Hawking se deriva del principio de incertidumbre de la teoría cuántica. En la teoría cuántica hay límites en lo concerniente a lo que puede conocerse acerca de un objeto. Por ejemplo, no se puede conocer la energía exacta de un objeto. Debido a esta incertidumbre, la energía de un sistema puede fluctuar de forma espontánea, siempre y cuando su promedio permanezca constante. Lo que Hawking demostró, es que cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro pueden aparecer pares de partículas, donde una partícula queda atrapada dentro del horizonte de sucesos (reduciendo ligeramente la masa de los agujeros negros), mientras que la otra puede escapar en forma de radiación (llevándose un poco de la energía del agujero negro).
Debido a que estas partículas cuánticas aparecen en pares, estas se "enredan" (conectadas de una manera cuántica). Esto no importa mucho, a menos que quieras la radiación de Hawking para irradiar la información contenida en el agujero negro. En la formulación original de Hawking, las partículas aparecían al azar, por lo que la radiación que emana del agujero negro era puramente aleatoria. Por lo tanto la radiación de Hawking no le permitiría recuperar cualquier información atrapada.
Para permitir que la radiación de Hawking lleve la información fuera del agujero negro, se debe romper la conexión enredada entre los pares de partículas en el horizonte de sucesos, por lo que la partícula que escapa a su vez puede ser enredada con la materia que transporta la información dentro del agujero negro. Esta ruptura del enredo original, haría que las partículas que escapan aparezcan como un intenso "cortafuegos" en la superficie del horizonte de sucesos. Esto significaría que cualquier cosa que cae hacia el agujero negro no lo haría en el agujero negro. En lugar de esto, se vaporizaría por la radiación de Hawking cuando alcanza el horizonte de sucesos.
Parecería entonces que la información física de un objeto se pierde cuando cae en un agujero negro (paradoja de la información), o los objetos se vaporizan antes de entrar en un agujero negro (paradoja del cortafuegos). Básicamente estas ideas golpean en el corazón de la contradicción entre la relatividad general y la teoría cuántica.
Cómo podría resolverse todo esto, no está claro todavía. Esto es física teórica de vanguardia, por lo que todavía no tenemos una solución. Pero por ser este un problema fundamental para nuestra comprensión de la gravedad cuántica, vale la pena estudiar esta controversia.
Por supuesto hay que destacar que se trata de paradojas teóricas. Aunque estamos bastante seguros de que la radiación Hawking es real, la misma no ha sido observada. Tampoco tenemos manera de observar cualquier cortafuegos. Sabemos que los agujeros negros existen, y tenemos un muy buen control sobre la dinámica del material cercano a un agujero negro. Solo que aun no entendemos exactamente lo que sucede cuando la materia atraviesa el horizonte de sucesos de un agujero negro.
Es por eso que algunos teóricos de los agujeros negros están teniendo una guerra 'santa' (NdT: Original - hole-y, de agujero, y santo).
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