En la película interestelar, el personaje principal, ‘Cooper’, escapa de un agujero negro en el tiempo para ver a su hija ‘Murph’ en sus últimos días de vida. Algunos han argumentado que la película tiene argumentos científicos tan precisos que debería reproducirse en las escuelas como parte de un programa educacional.
En realidad, muchos científicos creen que cualquier cosa enviada a un agujero negro probablemente sería destruida.
Pero un nuevo estudio sugiere que esto podría después de todo, no ser el caso.
La investigación dice que en lugar de ser devorada, una persona en caída libre hacia un agujero negro en realidad se convertiría en un holograma sin darse cuenta. (Nota: No hablamos de un “holograma” como los hologramas Star Trek). El artículo cuestiona una teoría rival que afirma que alguien en caída hacia un agujero negro se topa con un “firewall” y se destruye inmediatamente.
Los agujeros negros de Hawking
Hace cuarenta años, Stephen Hawking conmocionó a la comunidad científica con el descubrimiento de que los agujeros negros realmente no son tan negros como creíamos. La física clásica predice que todo lo que cae en el horizonte de sucesos de un agujero negro nunca podrá escapar.
Pero Hawking demostró que los agujeros negros emiten radiación continuamente, una vez que se tiene en cuenta los efectos cuánticos. Desafortunadamente, la temperatura de la radiación de los típicos agujeros negros astrofísicos, es mucho menor que la del fondo cósmico de microondas, lo cual significa que su detección está más allá de la tecnología actual.
Los Desconcertantes Cálculos de Hawking
Si un agujero negro emite continuamente radiación, perderá continuamente masa -o sea, éstos se llegan a evaporar con el tiempo-. Hawking se dio cuenta de que esto implicaba una paradoja: si un agujero negro se evapora, la información contenida en él se perderá para siempre.
Esto significa que incluso si pudiéramos medir la radiación de un agujero negro nunca podríamos averiguar cómo fue formado originalmente.
Esto viola una regla importante de la mecánica cuántica que indica que la información no puede ser creada o destruida.
Otra forma de ver esto es que la radiación de Hawking plantea un problema con el determinismo de los agujeros negros.
El determinismo implica que se puede determinar el pasado o el futuro del Universo conociendo el estado del Universo en un momento dado.
Las regiones cercanas a un agujero negro brillan intensamente en rayos X. Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech
Esto significa que la pérdida del determinismo tendría que surgir de la conciliación de la mecánica cuántica con la teoría de Einstein de la gravedad -un problema notoriamente difícil y la meta final para muchos físicos.
La física de los agujeros negros nos ofrece una prueba para cualquier posible teoría de la gravedad cuántica. Sea cual sea su teoría, debe explicar lo que sucede con la información grabada en la historia de un agujero negro.
Se necesitaron dos décadas para que los científicos dieran con una solución. Sugirieron que la información almacenada en un agujero negro es proporcional al área de su superficie (en dos dimensiones) en lugar de su volumen (en tres dimensiones).
Esto podría explicarse con la gravedad cuántica, donde las tres dimensiones del espacio podrían ser reconstruidas a partir de un mundo de dos dimensiones sin gravedad, como un holograma.
Poco después, la teoría de cuerdas, la teoría más estudiada de la gravedad cuántica, mostró evidencia de funcionar con dichos hologramas.
Gracias al uso de la holografía podemos describir la evaporación de un agujero negro en un mundo bidimensional sin necesidad de la gravedad, por la cual se aplican las normas habituales de la mecánica cuántica.
Este proceso es determinista, con pequeñas imperfecciones en la radiación que codifica la historia del agujero negro.
Así que la holografía nos dice que la información no se pierde en los agujeros negros, pero rastrear la falla en los argumentos originales de Hawking ha sido sorprendentemente difícil.
“Fuzzballs” Contra “Fireballs”
Al parecer, describir los agujeros negros mediante la teoría cuántica pareciera ser algo bastante difícil de resolver. En 2003, Samir Mathur propuso que los agujeros negros están en “Fuzzballs” informativos, en las que no existe horizonte aplastante. Las fluctuaciones cuánticas de la región del horizonte registra la información sobre la historia del agujero y por lo tanto la propuesta de Mathur resuelve la paradoja de la pérdida de información.
Sin embargo, la idea ha sido criticada, ya que implica que cuando alguien cae en un fuzzball tendría una experiencia muy diferente a alguien que cae en un agujero negro descrito por la teoría de la relatividad general de Einstein.
La descripción de la relatividad general de los agujeros negros sugiere que una vez que se sobrepase el horizonte de sucesos, la superficie de un agujero negro, se puede ir más y más profundo.
Mientras lo hace, el espacio y el tiempo se deforman hasta llegar a un punto llamado “singularidad”, punto en el que las leyes de la física tal y como las conocemos dejan de funcionar. (Aunque en realidad, ya estarías muerto en este viaje a medida que te desintegras por las intensas fuerzas de marea).
Sin embargo, en el Universo de Mathur, no hay nada más allá del difuso horizonte de sucesos. Actualmente, una teoría rival de la gravedad cuántica sugiere que quien caiga en un agujero negro se topa con un “firewall” y se destruye inmediatamente.
Ésta propuesta ha sido criticada ya que (como los Fuzzballs) los Firewalls tienen un comportamiento radicalmente diferente en el horizonte de sucesos descrito por la relatividad general de los agujeros negros.
Pero Mathur sostiene que para un observador externo, alguien que cae en un Fuzzball ve casi lo mismo que alguien cayendo en un agujero negro de Einstein, a pesar de que en realidad tendrán experiencias muy diferentes.
Otros, quienes trabajan en Firewalls y Fuzzballs creen que estos argumentos se basan en propiedades del ejemplo que ha utilizado. Mathur utiliza una descripción explícita de un tipo muy especial de Fuzzball para mostrar sus argumentos.
Tales Fuzzballs especiales son probablemente muy diferentes a las Fuzzballs necesarios para describir agujeros negros astrofísicos realistas.
