Crédito de imagen: NASA
Stephen Hawking y Kip Thorne pueden deberle a John Preskill un conjunto de enciclopedias.
En 1997, los tres cosmólogos hicieron una apuesta famosa en cuanto a si la información que ingresa a un agujero negro deja de existir, es decir, si el interior de un agujero negro cambia en absoluto por las características de las partículas que ingresan.
La investigación de Hawking sugirió que las partículas no tienen ningún efecto. Pero su teoría violó las leyes de la mecánica cuántica y creó una contradicción conocida como la "paradoja de la información".
Ahora los físicos de la Universidad Estatal de Ohio han propuesto una solución usando la teoría de cuerdas, una teoría que sostiene que todas las partículas en el universo están hechas de pequeñas cuerdas vibratorias.
Samir Mathur y sus colegas han derivado un amplio conjunto de ecuaciones que sugieren fuertemente que la información sigue existiendo, unida en una maraña gigante de cuerdas que llena un agujero negro desde su núcleo hasta su superficie.
El hallazgo sugiere que los agujeros negros no son entidades lisas y sin rasgos como los científicos han pensado durante mucho tiempo.
En cambio, son fibrosas "pelotas de fuzz".
Mathur, profesor de física en Ohio State, sospecha que Hawking y Thorne no estarán particularmente sorprendidos por el resultado del estudio, que aparece en la edición del 1 de marzo de la revista Nuclear Physics B.
En su apuesta, Hawking, profesor de matemáticas en la Universidad de Cambridge, y Thorne, profesor de física teórica en Caltech, apostaron a que la información que ingresa a un agujero negro se destruye, mientras que Preskill, también profesor de física teórica en Caltech, tomó la Vista opuesta. Las apuestas eran un conjunto de enciclopedias.
"Creo que la mayoría de las personas abandonaron la idea de que la información fue destruida una vez que la idea de la teoría de cuerdas saltó a la fama en 1995". Mathur dijo. "Es solo que nadie ha podido demostrar que la información sobrevive antes de ahora".
En el modelo clásico de cómo se forman los agujeros negros, un objeto supermasivo, como una estrella gigante, se derrumba para formar un punto muy pequeño de gravedad infinita, llamado singularidad. Una región especial en el espacio rodea la singularidad, y cualquier objeto que cruza el borde de la región, conocido como el horizonte de eventos, es atraído hacia el agujero negro, para nunca volver.
En teoría, ni siquiera la luz puede escapar de un agujero negro.
El diámetro del horizonte de eventos depende de la masa del objeto que lo formó. Por ejemplo, si el sol colapsó en una singularidad, su horizonte de eventos mediría aproximadamente 3 kilómetros (1.9 millas) de ancho. Si la Tierra hiciera lo mismo, su horizonte de eventos solo mediría 1 centímetro (0.4 pulgadas).
En cuanto a lo que hay en la región entre una singularidad y su horizonte de eventos, los físicos siempre han dejado en blanco, literalmente. No importa qué tipo de material formara la singularidad, se suponía que el área dentro del horizonte de eventos carecía de cualquier estructura o características medibles.
Y ahí radica el problema.
El problema con la teoría clásica es que podría usar cualquier combinación de partículas para formar el agujero negro (protones, electrones, estrellas, planetas, lo que sea) y no habría diferencia. Debe haber miles de millones de formas de hacer un agujero negro, sin embargo, con el modelo clásico, el estado final del sistema es siempre el mismo. Mathur dijo.
Ese tipo de uniformidad viola la ley de reversibilidad de la mecánica cuántica, explicó. Los físicos deben poder rastrear el producto final de cualquier proceso, incluido el proceso que hace un agujero negro, hasta las condiciones que lo crearon.
Si todos los agujeros negros son iguales, entonces no se puede rastrear ningún agujero negro hasta su comienzo único, y cualquier información sobre las partículas que lo crearon se pierde para siempre en el momento en que se forma el agujero.
? Nadie realmente cree eso ahora, pero nadie podría encontrar nada malo con el argumento clásico tampoco? Mathur dijo. "Ahora podemos proponer lo que salió mal".
En 2000, los teóricos de cuerdas nombraron la paradoja de la información número ocho en su lista de los diez problemas de física que se resolverán durante el próximo milenio. Esa lista incluía preguntas como "¿Cuál es la vida útil de un protón?" y? ¿cómo puede la gravedad cuántica ayudar a explicar el origen del universo?
Mathur comenzó a trabajar en la paradoja de la información cuando era profesor asistente en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, y atacó el problema a tiempo completo después de unirse a la facultad del estado de Ohio en 2000.
Con el investigador postdoctoral Oleg Lunin, Mathur calculó la estructura de los objetos que se encuentran entre estados de cadena simples y grandes agujeros negros clásicos. En lugar de ser pequeños objetos, resultaron ser grandes. Recientemente, él y dos estudiantes de doctorado, Ashish Saxena y Yogesh Srivastava, descubrieron que la misma imagen de un? Fuzzball? continuó siendo válido para objetos que se parecen más a un agujero negro clásico. Esos nuevos resultados aparecen en Nuclear Physics B.
Según la teoría de cuerdas, todas las partículas fundamentales del universo (protones, neutrones y electrones) están formadas por diferentes combinaciones de cadenas. Pero tan pequeñas como son las cuerdas, Mathur cree que pueden formar grandes agujeros negros a través de un fenómeno llamado tensión fraccional.
Las cuerdas son estirables, dijo, pero cada una lleva una cierta cantidad de tensión, al igual que una cuerda de guitarra. Con la tensión fraccional, la tensión disminuye a medida que la cuerda se alarga.
Del mismo modo que una cuerda larga de guitarra es más fácil de arrancar que una cuerda corta de guitarra, una cadena larga de cuerdas mecánicas cuánticas unidas es más fácil de estirar que una sola cuerda, dijo Mathur.
Entonces, cuando una gran cantidad de cuerdas se unen, como lo harían para formar las muchas partículas necesarias para un objeto muy masivo como un agujero negro, la bola combinada de la cuerda es muy elástica y se expande a un diámetro ancho.
Cuando los físicos del estado de Ohio obtuvieron su fórmula para el diámetro de un agujero negro difuso hecho de cuerdas, descubrieron que coincidía con el diámetro del horizonte de eventos del agujero negro sugerido por el modelo clásico.
Dado que la conjetura de Mathur sugiere que las cadenas continúan existiendo dentro del agujero negro, y la naturaleza de las cadenas depende de las partículas que formaron el material fuente original, entonces cada agujero negro es tan único como lo son las estrellas, los planetas o la galaxia. eso lo formó. Las cadenas de cualquier material posterior que ingrese al agujero negro también seguirían siendo rastreables.
Eso significa que un agujero negro se remonta a sus condiciones originales, y la información sobrevive.
Esta investigación fue apoyada en parte por el Departamento de Energía de EE. UU.
Fuente original: Comunicado de prensa de la Universidad Estatal de Ohio
