El último artículo de Hawking sobre agujeros negros divide a los físicos

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Artículo publicado por Davide Castelvecchi el 27 de enero de 2016 en Nature News

Algunos dan la bienvenida a su último trabajo como una nueva forma de resolver un problema con los agujeros negros; otros no están seguros de su valor.

Casi un mes después de que Stephen Hawking y sus colegas publicasen un artículo en línea sobre agujeros negros1, los físicos no se ponen de acuerdo sobre su significado.

Algunos apoyan las afirmaciones del borrador — que proporciona una prometedora forma de abordar un obstáculo conocido como la paradoja de la información de los agujeros negros, que Hawking identificó hace más de 40 años. “Creo que hay un sentimiento general de entusiasmo por tener una nueva forma de estudiar cosas que puede que nos saquen del atasco en el que nos encontramos”, comenta Andrew Strominger, físico en la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, y coautor del último artículo.

Hubble Helps Find Smallest Known Galaxy Containing a Supermassive Black Hole

Impresión artística de un agujero negro Crédito: NASA

Strominger presentó los resultados el 18 de enero en una abarrotada charla en la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, donde trabaja Hawking.

Otros no están tan seguros de que el enfoque pueda resolver la paradoja, aunque algunos dicen que el trabajo arroja luz sobre varios problemas de la física. A mediados de la década de 1970, Hawking descubrió que los agujeros negros no son realmente negros sino que, de hecho, emiten cierta radiación2. De acuerdo con la física cuántica, deben aparecer pares de partículas, surgidas a partir de las fluctuaciones cuánticas, justo en el borde exterior del horizonte de sucesos — el punto de no retorno del agujero negro. Algunas de estas partículas escapan al tirón del agujero negro, pero se llevan una parte de su masa con ellas, provocando que el agujero negro mengüe lentamente hasta desaparecer finalmente.

En un artículo3 publicado en 1976, Hawking señalaba que las partículas que salían del agujero negro – conocidas como radiación de Hawking — tendrían propiedades completamente aleatorias. Como resultado, una vez que el agujero negro desaparecía, la información transportada por cualquier cosa que hubiese caído anteriormente en el agujero se perdería para el resto del universo. Pero este resultado choca contra las leyes de la física, que dicen que la información, como la energía, se conserva, creando la paradoja. “Ese artículo fue responsable de más noches de insomnio entre los físicos teóricos que ningún otro en la historia”, apuntó Strominger durante su charla.

El error, explica Strominger, fue ignorar el potencial del espacio vacío para transportar información. En su artículo, él y Hawking, junto con un tercer coautor, Malcolm Perry, también de la Universidad de Cambridge, se centran en las partículas “suaves”. Son versiones de baja energía de fotones, partículas teóricas conocidas como gravitones, y otra serie de partículas. Hasta hace poco se usaban principalmente para realizar cálculos en la física de partículas, pero los autores señalan que el vacío en el cual se sitúa un agujero negro no puede estar desprovisto de partículas — sólo energía — y, por tanto, las partículas suaves están presentes allí en un estado de energía cero.

Se deduce, escriben, que cualquier cosa que caiga en un agujero negro dejaría una impronta en estas partículas. “Si estás en el vacío y respiras — o haces cualquier cosa — agitas un montón de gravitones suaves”, comenta Strominger. Tras esta perturbación, el vacío alrededor del agujero negro ha cambiado, y la información se conserva.

El artículo pasa a sugerir un mecanismo para transferir la información al agujero negro — lo cual daría como resultado la resolución de la paradoja. Los autores hacen esto mediante el cálculo de cómo codificar los datos en una descripción cuántica del horizonte de sucesos, conocido como ‘pelo del agujero negro’.

Una transferencia compleja

Aun así, el trabajo está incompleto. Abhay Ashtekar, que estudia gravitación en la Universidad Estatal de Pennsylvania en University Park, dice que ve la forma en que los autores transfieren la información al agujero negro — lo que llaman ‘pelo suave’ — poco convincente. Y los autores reconocen que no saben aún cómo se transferiría la información posteriormente a la radiación de Hawking, un paso necesario.

Steven Avery, físico teórico en la Universidad de Brown en Providence, Rhode Island, se muestra escéptico sobre que el enfoque pueda resolver la paradoja, pero está entusiasmado por la forma en que amplía el significado de las partículas suaves. Señala que Strominger ha encontrado que las partículas suaves revelan sutiles simetrías de las fuerzas conocidas en la naturaleza4, “algunas de las cuales conocíamos, y otras son nuevas”.

Otros físicos son más optimistas sobre las perspectivas del método para resolver la paradoja de la información, incluyendo a Sabine Hossenfelder del Instituto Frankfurt para Estudios Avanzados en Alemania. Dice que los resultados sobre el pelo suave, junto con parte de su propio trabajo, parecen zanjar una controversia más reciente sobre los agujeros negros, conocida como el problema del cortafuegos. Ésta es la pregunta a si la formación de la radiación de Hawking hace que el horizonte de sucesos sea un lugar muy caliente. Esto estaría en contradicción con la teoría general de la relatividad de Einstein, en la cual, un observador que cayese a través del horizonte no verían súbitos cambios en el entorno.

“Si el vacío tiene distintos estados”, explica Hossenfelder, “entonces puedes transferir información hacia la radiación sin tener que poner ninguna energía en el horizonte. Por consiguiente, no hay cortafuegos”.

Referencias

Nature 529, 448 (28 January 2016) doi:10.1038/529448a

1.- Hawking, S. W., Perry, M. J. & Strominger, A. Borrador en http://arxiv.org/abs/1601.00921 (2016).
2.- Hawking, S. W. Nature 248, 30–31 (1974).
3.- Hawking, S. W. Phys. Rev. D 14, 2460–2473 (1976).
4.- Strominger, A. J. High Energ. Phys. 1407, 152 (2014).

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