¿Los agujeros negros destruyen información?
Imagina que quieres hacer que algo desaparezca: esa desafortunada fotografía tuya en el sombrero, o el video de iPhone mal aconsejado de tu despedida de soltero, o esa parte de tu diario de séptimo grado que describe la luna de miel de tus sueños con Kirk Cameron. Sea lo que sea, quieres que se vaya .
Podrías destrozarlo, pero un chantajista motivado aún podría reconstruirlo. Podrías quemarlo, pero las leyes de la física aún prometen que la información podría ser reensamblada. Así que decides recurrir a la destrucción definitiva: lanzas esa evidencia mortificante directamente a un agujero negro y respiras un suspiro de alivio que ahora, finalmente, se ha ido para siempre.
Pero es realmente?
Crédito: Terraxplorer / iStock
Esa pregunta está en el corazón de un problema que se ha llamado la paradoja de la información del agujero negro, y algunos teóricos creen que revela una grieta profunda en la base de la física tal como la conocemos.
El tirón de la gravedad dentro de un agujero negro es tan fuerte que nada puede escapar de su agarre. Nadie puede pescar su diario más allá del borde del agujero negro; La fuerza de la gravedad en la línea de pesca dominaría su carrete cada vez. Y si un enemigo experto en tecnología intentara conectarse remotamente con su iPhone y recuperar ese video embarazoso, incluso las ondas electromagnéticas de su teléfono quedarían atrapadas dentro del agujero negro. Para escapar, de alguna manera tendrían que viajar más rápido que la velocidad de la luz, y eso está estrictamente prohibido por la relatividad de Einstein.
Pero hay un problema. La mecánica cuántica tiene una regla igualmente fuerte que prohíbe la pérdida de información. Este principio, llamado unitaridad, está íntimamente relacionado con otras leyes físicas irrompibles, como la conservación de la energía. “La conservación de la información es lo que mantiene unido al mundo”, dice Steve Giddings, físico de la Universidad de California en Santa Bárbara.
Para enfatizar cuán importante es la conservación de la información, el físico de Stanford Leonard Susskind lo llama la ley de física “menos-primero”, “menos-primero porque creo que se antepone a todo lo demás”, dijo Susskind en una discusión en línea patrocinada por la Fundación Kavli . “Si es cierto [que se viola la conservación de la información], volvemos a la base menos-primera”.
Ahora, podría argumentar que la información en el agujero negro no está realmente perdida. Está encerrado e inaccesible. Los teóricos se contentaron con este punto de vista hasta 1975, cuando Stephen Hawking llegó a una conclusión revolucionaria sobre los agujeros negros: dado el tiempo suficiente, un agujero negro se desmaterializará, irradiando a través de un proceso que ahora llamamos evaporación de Hawking. Y, según la contabilidad de Hawking, esa radiación sería aleatoria, sin revelar nada del contenido del agujero negro.
Como Leonard Susskind escribió en “The Black Hole War”, su libro de 2008 sobre el problema de los agujeros negros y la pérdida de información, “La posibilidad de ocultar información en una bóveda difícilmente sería motivo de alarma, pero qué pasaría si la puerta estuviera cerrada , la bóveda se evaporó justo en frente de tus ojos? Eso es exactamente lo que Hawking predijo que le sucedería al agujero negro “.
Sin embargo, existe otra posibilidad: tal vez esta evaporación no esté completa. Tal vez deja una pequeña brasa que contiene una versión enormemente comprimida de toda la información que alguna vez cayó en el agujero negro. “Pero esto lleva a algunas conclusiones bastante locas también”, dice Giddings, específicamente, usted necesita encontrar una manera para que una sola partícula tome infinitas formas que, según Giddings, “resultan en consecuencias igualmente desastrosas”.
Esto dejó a los físicos atrapados entre una roca y un lugar difícil: se podía perder información o, de alguna manera, algo podía escapar de un agujero negro. Un principio central de la mecánica cuántica se enfrentó a la piedra angular de la relatividad. Al parecer, una teoría tenía que dar.
El debate se hizo público en 1997, cuando Stephen Hawking y el físico teórico Kip Thorne hicieron una apuesta con John Preskill de Caltech de que en última instancia se demostraría que la información se había perdido realmente dentro de los agujeros negros. En juego: una enciclopedia de la elección del ganador, de “qué información se puede recuperar a voluntad”.
Al mismo tiempo, y fuera de la atención de los medios, los teóricos de cuerdas estaban explorando una notable dualidad en sus ecuaciones. Descubrieron que si tomas una descripción matemática de un sistema y agregas una dimensión espacial adicional y una curvatura negativa, tienes algo que se parece mucho a los campos cuánticos en un universo tridimensional sin gravedad. Esta observación suena esotérica, pero le dio detalles matemáticos a una idea llamada principio holográfico, que plantea que toda la información en nuestro universo tridimensional (espacial) se puede “almacenar” en una superficie bidimensional. En el contexto de la paradoja de la información del agujero negro, esto sugirió que la información sobre las cosas en el agujero negro podría codificarse de alguna manera en la superficie del horizonte de eventos.
Aún así, la enciclopedia permaneció sin reclamar mientras la apuesta se prolongaba, hasta 2004, cuando Hawking anunció que había cambiado de opinión y estaba listo para aceptar. (Premio de Preskill: una enciclopedia de béisbol). “Mis opiniones han evolucionado”, dijo a Nature News. Publicó sus resultados al año siguiente.
Para algunos teóricos, la concesión de Hawking llegó muchos años demasiado tarde. “Stephen Hawking era como uno de esos desafortunados soldados que deambulan por la jungla durante años, sin saber que las hostilidades han terminado”, escribió Susskind en “La Guerra del Agujero Negro”. Pero a otros les pareció insatisfactoria la explicación de Hawking y, además, les molestaba La percepción pública de que el cambio de opinión de un hombre realmente había resuelto un debate que todavía se estaba desatando activamente en la comunidad de la física. Aún así, hubo un consenso creciente, aunque incómodo, de que esta expresión matemática del principio holográfico, denominada teoría anti-de Sitter / campo conforme, o AdS / CFT, dualidad, señalaba el camino hacia una solución al problema de la información, incluso si la hoja de ruta estaba incompleta.
Pero ahora, hemos topado con otro obstáculo. Un equipo de físicos de la Universidad de California, Santa Bárbara, ha demostrado que si se conserva la información arrojada al agujero negro, debe darse a conocer una de las otras dos reglas de física “irrompibles”. La primera regla es que, una vez que esté a una distancia razonable de un agujero negro, las leyes de la física funcionan como de costumbre. El segundo es que alguien que cae en un agujero negro no experimentaría nada “especial” en el horizonte de eventos.
Es la segunda regla, argumenta el equipo de Santa Bárbara, que es el eslabón más débil de la cadena. Para proteger el postulado restante, están dispuestos a aceptar que algo impactante podría existir en el horizonte: un “cortafuegos” de radiación asada que quema todo lo que pasa a una feroz chispa. ¿Realmente creen que existen estos firewalls? Probablemente no. Pero la posibilidad es suficiente para encender un nuevo fuego (perdón por el juego de palabras) bajo los teóricos.
Las paradojas y los problemas, después de todo, pueden generar grandes descubrimientos nuevos. Y, como escribe la escritora científica Jennifer Ouelette, “llega en un momento en que los teóricos tienen hambre de un nuevo desafío”, gracias a la locura del resultado de Higgs y la incapacidad de los físicos para detectar grietas en la armadura del Modelo Estándar.
Entonces, volviendo a esa cosa vergonzosa que querías arrojar al agujero negro más cercano. ¿Realmente se perderá y se irá para siempre? ¿Se quemará en un firewall o se reescribirá en una pantalla cuántica en el borde del universo? Con el jurado aún afuera, quizás sea mejor que lo escondas debajo del colchón.
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