Una paradoja de agujero negro aparentemente intratable propuesta por primera vez por el físico Stephen Hawking finalmente puede resolverse, desde agujeros de gusano hasta tiempo espacial.
Los «calabozo la paradoja de la información «se refiere al hecho de que la información no se puede destruir en el universo, sin embargo, cuando un agujero negro finalmente se evapora, cualquier información que esta aspiradora cósmica haya devorado debería desaparecer hace mucho tiempo. El nuevo estudio propone que la paradoja podría resolverse con la última tecnología de la naturaleza código de trucos: agujero de gusanoo pasajes a través del espacio-tiempo.
«Un agujero de gusano conecta el interior del agujero negro y la radiación externa, como un puente», Kanato Goto, físico teórico del Programa Interdisciplinario de Ciencias Teóricas y Matemáticas RIKEN en Japón, dijo en un comunicado.
Según la teoría de Goto, aparece una segunda superficie dentro del horizonte de eventos de un agujero negro, el límite más allá del cual nada puede escapar. Los hilos de un agujero de gusano conectan esa superficie con el mundo exterior, atrapando información entre el interior del agujero negro y las fugas de radiación en sus bordes.
Paradoja de la información del agujero negro
En la década de 1970, Hawking descubrió que los agujeros negros no son exactamente negros, pero al principio no se dio cuenta del gigantesco problema que había creado. Antes de su descubrimiento, los físicos habían planteado la hipótesis de que los agujeros negros eran extremadamente simples. Claro, todo tipo de cosas complicadas cayeron en él, pero los agujeros negros bloquearon toda esa información, para que nunca más se vieran.
Pero Hawking descubrió que los agujeros negros liberan radiación y eventualmente puede evaporarse por completo, en un proceso ahora conocido como radiación de Hawking, pero esa radiación no contenía información propia. De hecho, no podía; por definición, el horizonte de eventos de un agujero negro evita que la información se escape. Entonces, cuando un agujero negro finalmente se evapora y desaparece del universo, ¿adónde ha ido toda su información atascada?
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Esta es la paradoja de la información del agujero negro. Una posibilidad es que la información pueda ser destruida, lo que parece violar todo lo que sabemos sobre física. (Por ejemplo, si la información se puede perder, no es posible reconstruir el pasado a partir de eventos presentes o predecir eventos futuros). del agujero negro escapando a través de la radiación de Hawking. De esta forma, cuando el agujero negro desaparece, la información sigue presente en el universo.
En cualquier caso, la descripción de este proceso requiere una nueva física.
«Esto sugiere que en general relatividad Y mecánica cuántica en la actualidad no son consistentes entre sí «, dijo Goto. Tenemos que encontrar una estructura unificada para gravedad. «
Una historia de dos entropías
En 1992, el físico Don Page, ex alumno de Hawking, vio el problema de la paradoja de la información de otra manera. Empezó mirando entrelazamiento cuántico, que es cuando las partículas distantes tienen sus destinos enlazados. Este entrelazamiento actúa como una conexión mecánica cuántica entre la radiación de Hawking y el propio agujero negro. Page midió la cantidad de entrelazamiento calculando la «entropía de entrelazamiento», que es una medida de la cantidad de información contenida en la radiación de entrelazamiento de Hawking.
En el cálculo original de Hawking, no se escapa ninguna información y la entropía del entrelazamiento siempre aumenta hasta que el agujero negro desaparece. Pero Page descubrió que si los agujeros negros realmente liberan información, la entropía del enredo crece inicialmente; luego, en medio de la vida del agujero negro, disminuye antes de llegar finalmente a cero, cuando el agujero negro se evapora (lo que significa que toda la información dentro del agujero negro finalmente ha escapado).
Si los cálculos de Page son correctos, esto sugiere que si los agujeros negros permiten que se filtre información, algo especial debe suceder en medio de su vida. Si bien el trabajo de Page no resolvió la paradoja de la información, les dio a los físicos algo jugoso en lo que trabajar. Si pudieran dar a los agujeros negros una crisis de mediana edad, entonces esa solución podría simplemente resolver la paradoja.
A través del agujero de gusano
Más recientemente, varios grupos de teóricos han aplicado técnicas matemáticas de las que han tomado prestadas teoria de las cuerdas – un enfoque para unificar la relatividad de Einstein con la mecánica cuántica – para examinar este problema. Estaban examinando cómo el espacio-tiempo cerca de un horizonte de eventos podría ser más complejo de lo que los científicos pensaron inicialmente. ¿Qué tan complejo es? Tan complejo como sea posible, permitiendo cualquier tipo de flexión y flexión a escala microscópica.
Su trabajo ha resultado en dos características sorprendentes. Uno fue la aparición de una «superficie cuántica extrema» justo debajo del horizonte de eventos. Esta superficie interna modera la cantidad de información que sale del agujero negro. Inicialmente, no hace mucho. Pero cuando el agujero negro está en la mitad de su vida, comienza a dominar el enredo, reduciendo la cantidad de información liberada, de modo que la entropía del enredo sigue las predicciones de Page.
En segundo lugar, los cálculos revelaron la presencia de agujeros de gusano, muchos de ellos. Estos agujeros de gusano parecían conectar la superficie cuántica extrema con el exterior del agujero negro, permitiendo que la información pasara por alto el horizonte de sucesos y se liberara como radiación de Hawking.
Pero ese trabajo anterior solo se ha aplicado a modelos de «juguete» altamente simplificados (como versiones unidimensionales de agujeros negros). Con el trabajo de Goto, ahora se ha aplicado el mismo resultado a escenarios más realistas, un avance importante que acerca este trabajo a la explicación de la realidad.
Sin embargo, hay muchas preguntas. Por un lado, todavía no está claro si los agujeros de gusano que aparecen en el matemáticas son los mismos agujeros de gusano que consideramos atajos en el tiempo y el espacio.
Están tan profundamente enterradas en las matemáticas que es difícil determinar su significado físico. Por un lado, podría significar que los agujeros de gusano literales entran y salen de un agujero negro que se evapora. O simplemente podría ser una señal de que el espacio-tiempo cerca de un agujero negro no es local, lo cual es un sello distintivo del entrelazamiento: dos partículas entrelazadas no necesitan estar en contacto causal para afectarse entre sí.
Uno de los otros problemas principales es que, si bien los físicos han identificado un posible mecanismo para aliviar la paradoja, no saben cómo funciona realmente. No existe un proceso conocido que realmente haga el trabajo de tomar la información dentro de un agujero negro y codificarla en radiación de Hawking. En otras palabras, los físicos han construido una forma posible de resolver la paradoja de la información, pero no han encontrado ninguna forma de construir los camiones que recorren ese camino.
«Todavía no conocemos el mecanismo subyacente de cómo la radiación se lleva la información», dijo Goto. «Necesitamos una teoría de la gravedad cuántica».
Publicado originalmente en Live Science.
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