El misterio de Hawking sobre sobre qué sucede al caer en un agujero negro finalmente se resolvió

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Si te adentras en el horizonte de sucesos de un agujero negro, ¿saldrás alguna vez? Según una serie de nuevos cálculos que acaban de resolver un problema de hace 50 años que ni siquiera Stephen Hawking pudo resolver, la respuesta es sí.

Está siendo descrito como un cálculo histórico: lo más importante que ha ocurrido en el campo desde que el trabajo del famoso físico británico estableció el problema en primer lugar.

Desde la década de 1970, los físicos han estado lidiando con una contradicción lógica en los cálculos que rodean a un agujero negro llamada “paradoja de la información del agujero negro”.

Hawking usaría su explicación híbrida cuántica / relatividad general “semiclásica” de la física de un agujero negro para describir lo que sucede con la materia dentro y alrededor de él.

Descubrió que la incertidumbre cuántica hace que pequeñas cantidades de radiación emanen de un agujero negro llamado “radiación de Hawking”. Esto eventualmente hace que pierda masa y se evapore en la nada. Si el agujero negro pierde masa y finalmente desaparece, entonces lo que cae debe aparecer nuevamente en alguna parte. La pregunta es: ¿dónde / cómo / por qué escapa la información?

Lasers and supermassive black holes

Los autores de los nuevos cálculos, incluidos científicos de la UC Santa Bárbara, han descubierto efectos adicionales permitidos por la relatividad general pero que Hawking no incluyó, que describen una situación extraña en la que eventualmente saldrá información que cae en un agujero negro, y que este fenómeno ocurre al mismo tiempo, y es parcialmente el culpable de la evaporación de un agujero negro.

La forma en que funciona es a través del entrelazamiento cuántico, un fenómeno que simplemente significa que las partículas de materia pueden vincularse en el nivel cuántico y mostrar patrones y reactividad entre sí a pesar de que podrían estar separadas por miles de millas.

Don Page, físico de la Universidad de Alberta, era un estudiante de posgrado cuyos estudios sobre los agujeros negros fueron clave para ayudar a su asesor, Stephen Hawking, a darse cuenta de que los agujeros negros emiten radiación. En 1980, Page rompió con Hawking y argumentó que la información debe ser liberada o preservada en agujeros negros, causando un cisma entre los físicos en ese momento.

Page continuaría estableciendo una línea de tiempo de la vida útil de un agujero negro, con la forma de una V invertida conocida como “tiempo de página” o la “curva de página”, y describía cómo la información que caía en el agujero negro escaparía a través de la radiación emitida por Hawking hasta que el agujero negro ya no existía. A esto se le llamó “entropía de entrelazamiento”, y preparó a los físicos para un período de 30 años para hacer un cálculo rotundo.

“Durante los últimos dos años, los físicos han demostrado que la entropía de entrelazamiento de los agujeros negros realmente sigue la curva de Page, lo que indica que la información sale”, explica George Musser para Quanta Magazine.

Hubble Gazes Into a Black Hole of Puzzling Lightness

El slam dunk fue iniciado en octubre de 2018 por Ahmed Almheiri en el Instituto de Estudios Avanzados cuando utilizó la computación cuántica para crear un universo en el que un sistema de agujero negro simple ubicado en el centro del espacio comenzó a emitir radiación según la teoría de Hawking.

El sistema comienza a irradiar cuando entra una partícula entrelazada y sale otra. Este proceso continúa y el número de partículas entrelazadas aumenta, aumentando el nivel de entropía de entrelazamiento.

Si uno imagina el agujero negro como el contenido de un globo de nieve, y el cristal del globo como el horizonte de eventos (el borde del agujero negro donde las leyes de la física comienzan a romperse), Almheiri descubrió que a medida que la entropía entrelazada crecía dentro del sistema, una “superficie cuántica extrema”, formada en el cristal del globo de nieve, justo dentro del horizonte de eventos.

Todo lo que está dentro de la superficie cuántica extrema no es parte del agujero negro, sino más bien como una colección de partículas entrelazadas que ya no contribuyen a la entropía del sistema. Además, las partículas más internas del agujero negro simulado también se separaron del agujero negro, formando algo que Almheiri llamó “la isla”.

En este punto, comienza a emitirse radiación no entrelazada y el agujero negro desaparece por sí solo.

Best-Ever Snapshot of a Black Hole's Jets

Al demostrar que la entropía de entrelazamiento de los agujeros negros seguía la curva de Page, Almheiri y sus amigos confirmaron que los agujeros negros de hecho liberan información, aunque aparece en tal desorden que parece una contraseña cifrada.

A estas alturas, si el cerebro de uno todavía está funcionando después de todo esto, la investigación de Almheiri incluye asombrosamente herramientas teóricas que permitirían a los investigadores “ descifrar ” las partículas enredadas revueltas en la superficie cuántica extrema y descubrir qué son y de dónde vienen.

El año pasado, después de haber resuelto un acertijo de 50 años y haber probado el trabajo de toda la vida, el equipo decidió centrarse en la misteriosa “isla” de partículas que estaban dentro, pero no “del” agujero negro. La isla es parte de la radiación, pero no ha salido volando ni ha sido transferida a la superficie extrema.

Se teoriza que esta desconexión es parte de la razón por la que los agujeros negros bajan por el otro lado de la curva de Page, y si resolver la paradoja de la información del agujero negro parecía difícil, Musser describió el problema de la isla misteriosa como lo que provocó que el equipo “mirara hacia fuera en la distancia, momentáneamente sin palabras “.

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