Una de las paradojas más famosas del físico Stephen Hawking finalmente puede resolverse: los agujeros negros, de hecho, pueden retener información sobre las estrellas masivas que los crearon, según indica una nueva investigación.
Esta información puede estar al acecho en la radiación alrededor agujeros negros – conocido coloquialmente como «cabello cuántico«- y podría, en teoría, recuperarse para volver a contar los orígenes de esos agujeros negros, sugiere la investigación.
Estos hallazgos pueden finalmente resolver un problema espinoso en el que Hawking estuvo trabajando en sus últimos años.
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El problema del agujero negro
De acuerdo a Stephen HawkingEn su trabajo, la radiación se «fuga» lentamente de los agujeros negros en forma de energía térmica, lo que se conoce como «Radiación de Hawking.» Pero debido a su naturaleza térmica, esta radiación no puede transportar información. Eso significa que a medida que los agujeros negros se evaporan, destruyen metódicamente toda la información sobre el estrellas que los creó. Esto es contrario a las leyes de mecánica cuántica, que dicen que la información no se puede destruir y que el estado final de un objeto puede revelar pistas sobre su estado inicial. Este problema ha preocupado a los cosmólogos durante décadas y se conoce como la «paradoja de la información de Hawking».
«[This research] es el último clavo en el ataúd de la paradoja porque ahora entendemos el fenómeno físico exacto por el cual la información escapa de un agujero negro en descomposición», dijo Xavier Calmet, profesor de física en la Universidad de Sussex y autor principal del estudio, a la hermana de Space.com. publicación Live Science por correo electrónico. Él sugiere una modificación a la radiación de Hawking que la hace «no térmica» y, por lo tanto, capaz de transportar información lejos del destino final del agujero negro.
Los agujeros negros son objetos tan masivos que nada puede escapar a la atracción de su gravedad, ni siquiera la luz. Se forman cuando las estrellas enormes se quedan sin combustible y colapsan sobre sí mismas.
En la física clásica, los agujeros negros son «objetos muy simples», dijo Calmet. «Tan simples que se pueden caracterizar por tres números: su masa, momento angular y carga eléctrica».
El famoso físico John Wheeler describió esta falta de características distintivas diciendo: «los agujeros negros no tienen pelo (se abre en una pestaña nueva)Pero, explicó Calmet, mientras que el agujero negro final es muy simple, la estrella original que lo dio a luz es un objeto astrofísico complejo, que consiste en una amalgama complicada de protones, electrones y neutrones que se unen para formar los elementos que construyen el composición química de esa estrella.
Si bien los agujeros negros no tienen «memoria» de las estrellas que alguna vez fueron, las reglas de la física cuántica dicen que la información no puede simplemente borrarse de la universo. En 1976, Hawking introdujo una mosca en este ungüento cósmico al demostrar que esta información tampoco podía residir indefinidamente dentro de agujeros negros sellados lejos del universo exterior. Aplicando las reglas de la mecánica cuántica a los agujeros negros, Hawking sugirió que emitían un tipo de radiación térmica, más tarde llamada radiación de Hawking. Durante inmensos períodos de tiempo, la fuga de esta radiación hace que los agujeros negros se evaporen por completo, dejando solo un vacío. De esta manera, la información se pierde irremediablemente.
«Sin embargo, esto no está permitido por la física cuántica, que postula que la película de la ‘vida’ de este agujero negro podría rebobinarse», dijo Calmet. «A partir de la radiación, deberíamos poder reconstruir el agujero negro original y, finalmente, la estrella».
Encontrar el ‘cabello’ del agujero negro
Junto a su colega Steve Hsu, profesor de física teórica en la Universidad Estatal de Michigan, Calmet trabaja desde 2021 para descifrar la paradoja de Hawking. En un estudio anterior, publicado en marzo de 2022, el equipo argumentó que los agujeros negros de hecho tienen «cabello cuántico, (se abre en una pestaña nueva)» en forma de una huella cuántica única en los campos gravitatorios que los rodean
En su nueva investigación, el equipo reevaluó los cálculos de Hawking de 1976, pero esta vez tuvo en cuenta los efectos de «gravedad cuántica«, la descripción de la gravedad de acuerdo con los principios de la mecánica cuántica, algo que Hawking no había hecho.
«Si bien estas correcciones gravitatorias cuánticas son minúsculas, son cruciales para la evaporación del agujero negro», dijo Calmet. “Pudimos demostrar que estos efectos modifican la radiación de Hawking de tal manera que esta radiación se vuelve no térmica. En otras palabras, teniendo en cuenta la gravedad cuántica, la radiación poder contienen información».
Si bien el cabello cuántico sugerido en el trabajo anterior de Calmet y Hsu era un concepto matemático abstracto, el equipo ahora ha identificado el fenómeno físico exacto por el cual la información escapa del agujero negro a través de la radiación de Hawking, y cómo podría ser recuperado por un observador externo (se abre en una pestaña nueva). Actualmente, esto no es posible, ya que requeriría un instrumento lo suficientemente sensible para medir la radiación de Hawking, que actualmente es puramente teórica.
Actualmente, los astrofísicos no tienen una forma real de medir el efecto que proponen los investigadores, ya que es minúsculo, reconoció Calmet. En cambio, sugiere que una forma de avanzar en esta teoría sería estudiando simulaciones de agujeros negros en laboratorios en la Tierra. El modelado matemático de la radiación de Hawking y los agujeros negros del equipo podría resultar invaluable en estas simulaciones.
El estudio fue publicado el 6 de marzo en la revista letras de fisica b (se abre en una pestaña nueva)
La historia fue publicada originalmente en Live Science.
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