Hawking está buscando una "salida de emergencia" en un agujero negro

Hawking está buscando una

Los agujeros negros siempre han permanecido simples en nuestra imaginación.

Hubo un momento en que, utilizando las reglas de la teoría general de la relatividad, se podía imaginar una densa singularidad infinita. Estaba rodeado por una zona gravitatoria, de la cual era imposible escapar, y se llamaba el "horizonte de eventos". Estos componentes, junto con varios detalles adicionales, constituyeron la descripción básica de la anatomía de un agujero negro.

El libro de texto está escrito sobre esto muy claramente: nada, ni siquiera un rayo de luz puede atravesar el vicio gravitatorio del horizonte de eventos del objeto. Es solo un boleto de ida. Si un astronauta está demasiado cerca del horizonte de eventos, será arrastrado hacia adentro. Y tendrá que caer a su muerte, esperando terribles consecuencias de la espaguetización.

Aunque esta es una forma simplificada, sirvió como una explicación bastante decente de lo que sucede en el agujero negro. Pero en la década de 1970, el gurú británico de la física teórica, Stephen Hawking, presentó su principal teoría de la evaporación de los agujeros negros. Y en los tiempos modernos, Hawking cree que los libros de texto estaban equivocados, lo que nos lleva a la idea de que los negros parecen calles de un solo sentido.

Problema de radiación de Hawking

La complejidad del hecho de que los agujeros negros pueden evaporarse es una consecuencia de la rareza del mundo cuántico inexplorado. Los teóricos cuánticos sugieren que en el espacio vacío, un par de "partículas virtuales" saltan constantemente del espacio y regresan a él. Entonces, resulta que el "verdadero vacío" nunca está vacío. De hecho, está lleno de pares de partículas cuánticas que nacen en el mundo y luego se aniquilan en un pequeño intervalo de tiempo. Por lo general, un proceso de este tipo se lleva a cabo sin problemas y sin problemas: las partículas surgen de un vacío, luego se aniquilan con su pareja y el Universo hace su propio negocio personal. Pero, si agregas un agujero negro a la mezcla, entonces todo a tu alrededor adquiere las características de la locura.

Como mencionamos anteriormente, el horizonte de eventos en un agujero negro se convierte en un punto desde el cual no hay retorno. Entonces, ¿qué sucederá cuando un par de partículas virtuales se dispare en la existencia general en el horizonte y solo una caiga dentro? Bueno, la segunda "partícula virtual", que ha perdido a su compañero de aniquilación, se expulsa literalmente del agujero negro y se convierte en la categoría de "realidad". En el proceso de convertirse en una "realidad", esta partícula toma una parte de la masa del agujero negro (la mecánica cuántica nunca pretendió transmitir un significado lógico). Debido a este proceso, que se desencadena constantemente en el horizonte de los acontecimientos, el agujero negro comienza a perder masa física. Esto es lo que es la evaporación de radiación de Hawking.

Hasta este punto, solo calenté tu apetito por las rarezas de la teoría cuántica de campos, y entonces solo será más extraño. Pero primero necesitamos tocar alguna información adicional.

La teoría general de la relatividad y la teoría cuántica de campos juegan entre sí según las reglas. Ambas áreas de la física tratan con descripciones fundamentales de espacio, tiempo y materia en los niveles micro (cuántico) y macro (cosmológico). Están ubicados en lados opuestos de las escalas. Y después del reciente descubrimiento del bosón de Higgs, el "libro de recetas" cuántico llamado Modelo Estándar, una vez más ayudó a demostrar que esta es una descripción precisa de cómo funciona nuestro Universo.

El Modelo Estándar parece tener un problema fundamental con la gravedad. Hasta ahora, los físicos no han podido encontrar una partícula que media en la fuerza gravitacional (el nombre hipotético es "gravitón"). Y a pesar de todos sus esfuerzos, parece que todavía no hay manera de resolver este enigma. Y en los últimos años, los agujeros negros se han convertido en otro campo de batalla entre la teoría general de la relatividad y la teoría cuántica de campos.

Antítesis de "No Drama"

Cuando la materia (y, por lo tanto, "información") ingresa en el espacio de un agujero negro, se elimina de los límites conocidos del Universo y se destruye de manera efectiva. Esto es un problema La teoría general de la relatividad se preocupa poco por la información que posee la materia. Pero la teoría cuántica, por otro lado, está demasiado interesada en esta información y cree que no puede ser "aclarada".

En 2004, un evento famoso ocurrió cuando Hawking admitió la derrota en una disputa con el físico teórico John Presquil. Confirmó que la información "perdida" en un agujero negro está codificada en la radiación de Hawking (inicialmente afirmó que los agujeros negros destruyen la información, y la información en radiación es un nuevo código que no se relaciona con un objeto que entra en el agujero).

Pero esta solución rápida creó otro problema. En 2012, un grupo de físicos liderados por Joseph Polchinski de la Universidad de California en Santa Bárbara se dio cuenta de que almacenar información en la radiación de Hawking requeriría un "cortafuegos" de fuerte energía cuántica que exprimiría todo más allá del horizonte de los acontecimientos.

Recordando a nuestro desventurado cosmonauta que entró en el horizonte de un evento de agujero negro, no experimentará nada con la teoría general de la relatividad mientras se desplaza a través de esta área (por supuesto, si no fue Matthew McConaughey quien verá las luces brillantes). Naturalmente, al final, el astronauta se romperá en pedazos pequeños, pero se quemará. Tal experimento mental se conoce como el postulado sin drama.

Pero todo cambia el callejón sin salida. Simplemente viola las leyes del drama y crea exactamente lo contrario. Es decir, viola completamente la teoría general de la relatividad y la teoría que controla el agujero negro con el que comenzamos.

Así que ahora los físicos tienen que luchar con las ecuaciones y tratar de resolver la "paradoja de la información". Esto es lo que las mejores mentes han estado haciendo en las últimas décadas. El mismo Stephen Hawking ni siquiera abandona este debate. Por ejemplo, el año pasado discutió la posibilidad de reemplazar su teoría con una construcción teórica conocida como el "horizonte aparente" en lugar de ciertos límites. Quizás este concepto deba mejorarse y, de hecho, este horizonte cambie su formación en respuesta a las fluctuaciones cuánticas dentro de un agujero negro. Esto crea un desorden caótico en la información más allá del horizonte aparente, que no viola las leyes de la dinámica cuántica ni la teoría general de la relatividad.

"Por lo tanto, como la predicción del clima en la Tierra, la información se perderá efectivamente si no hay pérdida de la unidad", escribió Hawking en un artículo. Esto significa que, aunque la información puede liberarse desde el agujero negro, su aleatoriedad no puede interpretarse sin resolver el problema con el firewall.

No hace falta decir que este no es el final del debate entre los compañeros de Hawking.

Y ahora Hawking, que apareció en las noticias en el Instituto Real de Tecnología de Estocolmo el 24 de agosto, dio su exquisita explicación a través de una conferencia pública. Me dijo que estaba pensando en la información de procesamiento de cables en los agujeros negros.

"Creo que la información no se almacena en medio de un agujero negro, como podría pensarse, sino en su borde, en el horizonte de sucesos", dijo en la conferencia.

El científico explicó en detalle que la información se almacena en objetos que caen en un agujero negro y se convierten en hologramas bidimensionales, después de lo cual se capturan en la radiación de Hawking y se retiran del agujero negro. Pero no tiene nada de romántico, porque no parece un disco duro de computadora súper avanzado. En cambio, es un verdadero desastre caótico.

"Creo que los agujeros negros no son del mismo color que se describen", explicó. - “No constituyen una prisión eterna, como se pensaba anteriormente. Las cosas pueden ir desde el agujero hacia el exterior o hacia otros universos ". Estamos a la espera de los documentos que Hawking y su personal pretenden publicar en unas pocas semanas para comprender qué quería decir con la palabra "otros" universos. Pero hay suposiciones que dejan en claro que los agujeros pueden servir como una puerta a mundos paralelos o incluso universos completos.

Telescopio de horizonte de eventos

En la actualidad, Hawking puede haber formulado una "salida de emergencia" para obtener información de un sujeto que ha caído en un agujero negro. Pero no podremos conocer con precisión el proceso hasta que estudiemos completamente la naturaleza de estos objetos.

Los astrónomos del telescopio Event Horizon están cerca de ver el núcleo profundo de nuestra galaxia. Pueden ver el disco de luz proyectado que rodea el agujero negro masivo de la Vía Láctea, Sagitario A, ubicado a una distancia de 20 mil años luz.

"Durante tantos años, Hawking ha estado tratando de encontrar soluciones a la paradoja de la información: ya sea para sintonizarla de modo que la teoría cuántica de campos se combine con la relatividad general, o para cambiar la forma de ver un agujero negro", escribe Dimitrios Psaltis, profesor de astronomía y física de la Universidad de Arizona. . "Si todo funciona con la segunda opción, el Telescopio de Horizon de Eventos podrá ver una vista única".

El trabajo de Hawking puede proponer nuevas ideas de vanguardia y brindar una oportunidad para considerar algunos aspectos de la paradoja de la información.

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