El
renombrado físico Leonard Susskind ha identificado un posible origen cuántico
para el volumen cada vez mayor de agujeros negros.
El
problema es que a pesar de que estas misteriosas esferas invisibles parecen
tener un tamaño constante como se ve desde el exterior, sus interiores siguen
creciendo en volumen esencialmente para siempre. ¿Cómo es esto posible?
En
una serie de trabajos y charlas recientes, el profesor de 78 años de la
Universidad de Stanford y sus colaboradores conjeturan que los agujeros negros
crecen en volumen porque aumentan constantemente su complejidad, una idea que,
aunque no está probada, está alimentando nuevas ideas sobre el cuanto
Naturaleza de la gravedad dentro de los agujeros negros.
Los agujeros
negros son regiones esféricas de extrema gravedad que ni siquiera la luz
puede escapar.
Descubiertos por primera vez hace un siglo,
como solución impactante de las ecuaciones de la teoría de la relatividad
general de Albert Einstein, desde entonces se han detectado en todo el
universo. (Normalmente se forman a partir del colapso gravitacional
interno de las estrellas muertas).
La teoría de Einstein compara la fuerza de la
gravedad con las curvas en el espacio-tiempo, el tejido cuatridimensional del
universo, pero la gravedad se vuelve tan fuerte en los agujeros negros que el
espacio-tiempo la tela se inclina hacia su punto de ruptura: la
"singularidad" infinitamente densa en el centro del agujero
negro.
Según
la relatividad general, el colapso gravitacional hacia adentro nunca se
detiene. Aunque, desde el exterior, el agujero negro parece tener un
tamaño constante, expandiéndose ligeramente solo cuando caen cosas nuevas en él, su volumen interior crece cada vez más
a medida que el espacio se extiende hacia el punto central.
Para
obtener una imagen simplificada de este crecimiento eterno, imagine un agujero
negro como un embudo que se extiende hacia abajo desde una hoja bidimensional
que representa el tejido del espacio-tiempo.
El
embudo se vuelve más y más profundo, de modo que las cosas infalentes nunca
alcanzan la singularidad misteriosa del fondo.
En
realidad, un agujero negro es un embudo que se extiende hacia adentro desde las
tres direcciones espaciales. Un límite esférico lo rodea, denominado "horizonte de eventos", que
marca el punto de no retorno.
Desde
al menos la década de 1970, los físicos han reconocido que los agujeros negros
deben ser realmente sistemas cuánticos de algún tipo, como todo lo demás en el
universo.
Lo
que la teoría de Einstein describe como distorsionando el espacio-tiempo en el
interior es, presumiblemente, un estado colectivo de grandes cantidades de partículas
de gravedad llamadas "gravitones",
descritas por la verdadera teoría cuántica de la gravedad . En ese
caso, todas las propiedades conocidas de un agujero negro deben rastrear las propiedades
de este sistema cuántico.
De
hecho, en 1972, el físico israelí Jacob Bekenstein descubrió que el área
del horizonte de eventos esféricos de un agujero negro corresponde a su "entropía".
Este
es el número de diferentes arreglos microscópicos posibles de todas las
partículas dentro del agujero negro, o como lo describirían los teóricos
modernos, la capacidad de almacenamiento de información del agujero negro.
La
percepción de Bekenstein llevó a Stephen Hawking a darse cuenta, dos años después, de que los
agujeros negros tienen temperaturas y, por lo tanto, irradian calor. Esta
radiación hace que los agujeros negros se evaporen lentamente, dando lugar a la
muy discutida " paradoja de información de los agujeros negros ",
que pregunta qué sucede con la información que cae en los agujeros negros.
La
mecánica cuántica dice que el universo conserva toda la información sobre el
pasado. Pero, ¿cómo se evapora la información acerca de cosas infalentes,
que parece deslizarse para siempre hacia la singularidad central?
La
relación entre el área de la superficie de un agujero negro y su contenido de
información ha mantenido ocupados a los investigadores de la gravedad cuántica
durante décadas. Pero también podría preguntarse: ¿a qué corresponde el
volumen creciente de su interior, en términos cuánticos? "Por la razón que sea, nadie,
incluyéndome a mí mismo durante varios años, realmente pensó mucho en lo que
eso significa", dijo Susskind. “¿Qué es lo que está creciendo? Ese debería haber sido uno de los
principales rompecabezas de la física de los agujeros negros".
En
los últimos años, con el aumento de la computación cuántica, los físicos han
estado adquiriendo nuevos conocimientos sobre sistemas físicos como los
agujeros negros al estudiar sus capacidades de procesamiento de información,
como si fueran computadoras cuánticas. Este ángulo llevó a Susskind y sus
colaboradores a identificar un candidato para la propiedad cuántica en
evolución de los agujeros negros que subyace a su creciente volumen.
Lo
que está cambiando, dicen los teóricos, es la "complejidad" del
agujero negro, aproximadamente una medida de la cantidad de cálculos que se
necesitarían para recuperar el estado cuántico inicial del agujero negro, en el
momento en que se formó. Después de su formación, a medida que las
partículas dentro del agujero negro interactúan entre sí, la información sobre
su estado inicial se vuelve cada vez más codificada. En consecuencia, su
complejidad crece continuamente.
Usando modelos de juguetes que representan agujeros negros como
hologramas , Susskind y sus colaboradores han demostrado que la
complejidad y el volumen de los agujeros negros crecen al mismo ritmo, apoyando
la idea de que uno podría subyacer en el otro. Y, mientras Bekenstein
calculó que los agujeros negros almacenan la mayor cantidad posible de
información dada su área de superficie, los hallazgos de Susskind sugieren que
también que crecen en complejidad a la velocidad más rápida posible permitida
por las leyes físicas.
John Preskill , un físico teórico del
Instituto de Tecnología de California que también estudia los agujeros negros
utilizando la teoría de la información cuántica, encuentra que la idea de
Susskind es muy interesante. "Es
realmente genial que esta noción de complejidad computacional, que es mucho más
que un informático podría pensar, y no forme parte de la habitual bolsa de
trucos de los físicos", dijo Preskill, "podría corresponder a algo que es muy natural para alguien".
quién sabe qué pensar de la relatividad general, es decir, el crecimiento de
los interiores de los agujeros negros.
Los
investigadores aún están desconcertados sobre las implicaciones de la tesis de
Susskind. Aron Wall , un teórico
de Stanford (que pronto se mudó a la Universidad de Cambridge), dijo: "La propuesta, aunque es emocionante,
es todavía bastante especulativa y puede no ser correcta".
Un
desafío es definir la complejidad en el contexto de los agujeros negros, Wall
dicho, con el fin de aclarar cómo la complejidad de las interacciones cuánticas
podría dar lugar al volumen espacial.
Una lección potencial, según Douglas Stanford , un especialista en agujeros
negros en el Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey, es que
los agujeros negros tienen un tipo de reloj interno que mantiene el tiempo
durante mucho tiempo.
“Para un sistema cuántico ordinario", dijo,
“esta es la complejidad del estado. Para un agujero negro, es el tamaño de
la región detrás del horizonte".
Si la complejidad subyace en el volumen
espacial en los agujeros negros, Susskind prevé consecuencias para nuestra
comprensión de la cosmología en general. “No solo los interiores de los agujeros negros crecen con el tiempo. El
espacio de la cosmología crece con el tiempo”, dijo. “Creo que es una pregunta muy, muy interesante si el crecimiento
cosmológico del espacio está conectado al crecimiento de algún tipo de
complejidad. Y si el reloj cósmico, la evolución del universo, está
conectado con la evolución de la complejidad. Ahí, no sé la respuesta".
Fuente:
QUANTA MAGAZINE – Natalie Wolchover –
06.diciembre.2018
Traducción
Libre de Soca
