¿Cuál es la resolución de la paradoja del firewall del agujero negro?

La paradoja del firewall del agujero negro es realmente una nueva versión del problema o paradoja de la información del agujero negro donde la relatividad general y la mecánica cuántica parecen estar en desacuerdo entre sí. El problema fue señalado por Stephen Hawking hace muchos años cuando notó que cuando un agujero negro se evapora debido a la radiación de Hawking, la radiación saliente, aparentemente, no estará correlacionada con la materia entrante que creó el agujero negro a través de una evolución unitaria del función de onda de la materia entrante. Esta transformación unitaria es requerida por la mecánica cuántica y es lo que se entiende por el problema de “información”.

Susskind había argumentado durante mucho tiempo que habrá una relación unitaria entre la radiación saliente de Hawking y la materia en caída previa y ganó una apuesta con Hawking hace varios años. Susskind escribió un libro de nivel popular sobre este tema: La guerra del agujero negro : mi batalla con Stephen Hawking para hacer el mundo seguro para la mecánica cuántica “.

Sin embargo, el debate resucitó en julio de 2012 con este documento ” Agujeros negros: ¿complementariedad o cortafuegos? ” De Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski y James Sully (conocido como AMPS): página en arxiv.org donde el resumen dice:

Argumentamos que las siguientes tres afirmaciones no pueden ser todas verdaderas: (i) la radiación de Hawking está en estado puro, (ii) la información transportada por la radiación se emite desde la región cercana al horizonte, con una teoría de campo efectiva de baja energía válida más allá de algunos distancia microscópica desde el horizonte, y (iii) el observador que cae no encuentra nada inusual en el horizonte. Quizás la resolución más conservadora es que el observador que cae se quema en el horizonte. Las alternativas parecen requerir dinámicas novedosas que, sin embargo, causan violaciones notables de la física semiclásica a distancias macroscópicas del horizonte.

Esta ha sido la causa de una tormenta de fuego de propuestas de solución de paradoja de firewall por al menos 162 documentos en el arXiv que han citado este documento.

Entonces, si el “cortafuegos” en el horizonte de eventos es real, estaría en contradicción con la relatividad general que dice que no sucede nada significativo en el horizonte. El horizonte es realmente solo una propiedad global de la solución para GR: dice que una vez que pasa esta superficie imaginaria, no hay un camino temporal futuro que lo lleve nuevamente fuera de la superficie. En otras palabras, cuando caes por esa superficie, GT diría que no notarías nada inusual. (Ver la respuesta de Frank Heile a ¿Qué es un agujero negro? ¿Cómo podemos entenderlo?)

Por lo tanto, hay muchas soluciones propuestas para la paradoja del firewall, pero hasta ahora no hay un ganador claro. El reciente artículo de Hawking afirmando que no hay horizontes de agujeros negros, que solo hay horizontes aparentes es uno de esos 162 intentos. Mi solución favorita personal es una propuesta relativamente nueva de Susskind y Maldacena: ” Horizontes geniales para agujeros negros enredados “: http://arxiv.org/pdf/1306.0533v2. Esto también se llama solución “ER = EPR”: que el agujero negro que emite la radiación de Hawking está enredado (EPR) con la radiación saliente a través de agujeros de gusano no transversales (ER). ¡Pero mi opinión probablemente valga menos de $ 0.02!

Nota :
EPR = Documento de Einstein, Podolsky, Rosen sobre entrelazamiento cuántico. Einstein llamó a esto la “acción espeluznante a distancia” de la mecánica cuántica.
ER = Documento de Einstein Rosen que muestra que un agujero de gusano podría unir dos soluciones de agujeros negros para GR.

Advertencia: Esta es actualmente un área de investigación activa y no hay consenso en el campo sobre la resolución. De todos modos, mencionaré una posible resolución de la paradoja.

La imagen habitual de la evaporación del agujero negro, proveniente del análisis semiclásico, es que falta un “espacio” después de que el agujero negro se haya evaporado. Esto se ve mejor en lo que se llama un diagrama conforme (o diagrama de Penrose o diagrama causal). Esta es la imagen estándar (el tiempo fluye hacia arriba, la luz se mueve a 45 grados, el infinito se compacta al límite de la figura):
Básicamente, el problema se reduce al hecho de que si tomas una porción [1] a través del espacio-tiempo que está totalmente en la “esquina del espacio plano” en la parte superior (llama a esta porción F para el futuro), y compárala con alguna porción antes la singularidad del agujero negro (debajo de la línea ondulada) (llame a este segmento P para el pasado), entonces no hay suficiente información sobre F para determinar el estado del universo en el segmento P. Puede evolucionar de P a F, pero no hacia atrás. Esa simple declaración (la versión matemáticamente rigurosa de la misma) es el problema de pérdida de información.

La resolución potencial (y estas cifras) proviene del documento La información no se pierde en la evaporación de agujeros negros bidimensionales (véase también [1012.0077]). ¡La afirmación es que en una teoría cuántica completa de la gravedad, la cifra anterior es simplemente incorrecta! En cambio, debería reemplazarse por uno más como este:
Ya no falta un trozo de espacio-tiempo. Donde la singularidad estaba en la imagen semiclásica, en cambio, una teoría cuántica completa exhibe una región de “espacio-tiempo” que es completamente mecánica cuántica, donde el límite clásico no tiene sentido. Y debería evolucionar a través de esa región muy bien, porque las matemáticas no deberían explotar. Lo que sale del otro lado es un espacio-tiempo donde el límite clásico nuevamente tiene sentido. Ahora, si tuviera que tomar una porción del espacio-tiempo en el futuro de la región cuántica, hay suficiente información para determinar el estado del universo en alguna buena porción en el pasado, y viceversa. Esto dice que la información no se pierde (la teoría es unitaria).

Como dije al principio, todavía no hay consenso en el campo. Muchas personas inteligentes piensan que lo anterior es una resolución excelente, mientras que muchas otras personas inteligentes piensan que todavía hay problemas con la pérdida de información de agujeros negros.

[1] Realmente deberíamos tratar con las superficies de Cauchy, pero todo lo que puede obtener aquí es una superficie de Cauchy parcial. Este es otro problema diferente al perder parte de la información que queda fuera para el futuro infinito nulo. Si lo desea, el mejor argumento es considerar una superficie Cauchy que comienza en el espacio infinito (el punto derecho del diamante) y toca el borde izquierdo de la “esquina del espacio plano”. Este es el verdadero argumento.

Agujero negro firewall paradoja. Mide el horizonte de eventos de un agujero negro que podría no ser tan suave como pensamos.
De hecho, una persona que cae en un agujero negro podría encontrarse con un ‘cortafuegos’ y ser incinerada por completo en el horizonte de eventos.
Según Hawking, “los agujeros negros emiten radiación aleatoria que se conoce como radiación de Hawking “.
‘Aleatorizado’ se usa porque la radiación de la que habló no dependía de ninguna manera de lo que cayó en un agujero negro.

CÓMO CONTRADICA LA TEORÍA”.

La mecánica cuántica muestra que el enredo puede existir a través del horizonte de eventos, entre partículas dentro y fuera del agujero negro. Pero si este enredo desapareciera, se crearía una barrera de partículas energéticas: una cortina energética (o cortafuegos) descendería alrededor del horizonte del agujero negro.

Será actualizado.
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Por lo que yo entiendo, la paradoja de Firewall en el horizonte de sucesos afirma que dos supuestos fundamentales sostenidos por los físicos
1. El horizonte de eventos es suave, es decir, si alguien lo atraviesa, no notará nada
Y
2. La información nunca puede ser destruida incluso si pasa a través del horizonte de eventos
son fundamentalmente incompatibles
Aquí hay un artículo de Scientific American que ilustra la paradoja en detalle.
Firewalls de agujero negro confunden a físicos teóricos

La paradoja del firewall del agujero negro se deriva de la siguiente manera. El horizonte de eventos es una región del espacio-tiempo que viaja en c en el espacio en el que se encuentra. Según la relatividad general, la región del espacio más allá del horizonte uniforme existe en algún lugar en el tiempo espacial, por lo que un objeto que cae en un agujero negro eventualmente pasará el horizonte de eventos desde desde su propia perspectiva, pero un observador externo lo verá acercarse al horizonte de eventos sin cruzarlo nunca, y cada vez más rojo cambiará sin límites a medida que se acerque. La mecánica cuántica predice que un agujero negro eventualmente se evaporará, pero no observaremos que el objeto pase el horizonte de eventos antes de que lo haga. Por lo tanto, desde la perspectiva del objeto, lleva poco tiempo alcanzar el horizonte de eventos y, tan pronto como lo hace, el agujero negro termina de evaporarse y se incinera en la radiación de Hawking.

Aquí está mi teoría sobre la solución a la paradoja. El objeto pasará el horizonte de eventos desde su propia perspectiva. Si hay alguna evaporación, el horizonte de eventos está en el cono de luz pasado de parte de la evaporación. Claramente, la evaporación en una parte del horizonte de eventos en el espacio-tiempo no puede causar un firewall en otra parte del horizonte de eventos en su propio cono de luz pasado. Incluso si el horizonte de eventos eventualmente se contrae en el espacio-tiempo mismo, nunca observaremos que el agujero negro se reduzca en masa porque todo el horizonte de eventos hasta su contracción a tamaño cero estará fuera de nuestro cono de luz pasado. Es coherente que nunca lo veremos reducirse en masa porque nunca observaremos la forma del horizonte de eventos en primer lugar y solo observaremos la aproximación de la estrella cuando comience a formar el horizonte de eventos.

No estoy seguro de que la gente realmente haya cometido un error en los cálculos de un firewall. La mecánica cuántica tal vez predice que la información puede viajar más rápido que la luz en ciertas situaciones, como cuando las partículas virtuales se aniquilan. Tal vez esa teoría de la mecánica cuántica sea consistente con las observaciones en ausencia de un campo gravitacional e inconsistente con la relatividad general. Aceptamos esa teoría de la mecánica cuántica porque no formaba una contradicción como la paradoja del abuelo en ausencia de un campo gravitacional. Debido a que puede causar tal paradoja con un agujero negro, eso debe significar que la teoría es incorrecta. Tal vez hay otra teoría de simulación de nuestro universo donde la simulación tiene un pasado y un futuro claros y da lugar a nuestras observaciones de las que concluimos la aniquilación de partículas virtuales, y esa teoría no contradice la relatividad general.