27 Jun 2021 - 2:00 p. m.

Contenido patrocinado por la Pontificia Universidad Javeriana

Viaje sin regreso al interior de un agujero negro

Durante más de setenta años, físicos de todo el mundo han investigado los agujeros negros. Acá, algunas respuestas.

Juan Sebastián Salazar Piedrahíta

Por más de cuarenta años los físicos se han preguntado si los agujeros negros destruyen todo lo que cae en ellos. La respuesta puede trastornar la forma como vemos el universo. Los físicos teóricos simplifican los problemas: inventan nombres curiosos, resuelven ecuaciones, investigan durante años, proponen modelos y discuten quién tiene la razón.

En el caso de los agujeros negros, dicen que son los sistemas físicos más simples que existen. Y esto lo argumentan porque los agujeros negros no tienen pelo. Sí: son calvos, rapados, pelones. Es decir, que así como las personas sin pelo se caracterizan por no tener pelo —simple—, los agujeros negros se caracterizan por solo tres parámetros: masa (M), carga (Q) y momentum angular (L) —sencillo—. Por ejemplo, a la atmósfera terrestre, que es un sistema físico, se le asignan magnitudes como masa, presión, temperatura y velocidad de rotación, entre muchas otras... O sea, es peluda: la atmósfera terrestre, como la inmensa mayoría de sistemas físicos, está compuesta por muchos pelos.

Durante más de setenta años, físicos de todo el mundo han investigado los agujeros negros, y una de las preguntas más recurrentes es qué pasa cuando un objeto cae adentro: ¿qué pasa con su información y sus características? ¿Se transforman? ¿Se pierden? Y si se pierde, por ejemplo, una estrella, un planeta o una galaxia, ¿la información que había de ese cuerpo —sus características— se destruye? Si la respuesta es sí, la mecánica cuántica —ciencia que estudia la naturaleza a escalas espaciales pequeñas, una de las piedras angulares de la física moderna— fallaría.

“Es casi un pecado. Si se pierde la información cuando un objeto cae a un agujero negro, se están rompiendo todas las leyes de la naturaleza. Ningún sistema físico, hasta ahora, se ha destruido completamente”, advierte Javier Cano, físico teórico y profesor de la Pontificia Universidad Javeriana.

La paradoja de la pérdida de información

El nombre “agujero negro” lo acuñó, en 1969, el físico estadounidense John Wheeler. Y lo hizo porque, primero, estos sistemas físicos no se pueden ver (son negros) y, segundo, porque son huecos en su interior (son agujeros).

Los agujeros negros son estrellas que pierden su combustible nuclear y se recogen —como cuando el estómago da retortijones— y colapsan por efecto de la gravedad (colapso gravitatorio), generando una fuerza tan intensa que empiezan a engullir no solo su propia luz —dejándolas negras— sino todo lo que hay alrededor.

“Nada puede escapar de un agujero negro”, escribió Stephen Hawking en Historia del tiempo: “Ni siquiera los astronautas imprudentes”. A mediados de los años 70, Hawking descubrió que los agujeros emitían radiación y que esta era producto de la destrucción de los cuerpos que entraban en el agujero a través de su “boca”, lo que los físicos llaman horizonte de eventos. A esa emisión se le conoció como radiación Hawking, y por eso las leyes de la termodinámica son parte esencial del estudio de estos sistemas, vistos como cuerpos que emiten partículas con un espectro térmico debido a la destrucción de los objetos tragados.

Esas no cenizas (o calvicie) son el centro del debate sobre la paradoja de la pérdida de información: si se acepta que la información se pierde, pues la mecánica cuántica estaría errada, y si se acepta que no se pierde, ¿en dónde queda la información?

Teniendo esto en cuenta, los profesores y físicos teóricos Javier Cano y Walter Pulido —el primero del Departamento de Física de la Javeriana y el segundo del Departamento de Física de la Universidad Nacional de Colombia— hicieron una investigación en la que muestran el origen de la paradoja y comparten las soluciones que se han formulado.

Los investigadores revisan, explican y dividen las soluciones de la paradoja en dos equipos: el de Stephen Hawking, quien dijo que se debía admitir que la información se pierde, y el equipo cuántico, representado por cuatro soluciones que plantean que la información se conserva: la de Preskill, el principio holográfico, la pared de fuego y la probabilidad de tunelamiento.

La primera consiste en cinco posibles respuestas planteadas por el físico estadounidense John Preskill: que la información se transmite por la radiación del agujero, que la información se retiene por un agujero negro sobrante, que la información sale en la radiación emitida al final, que la información no se envía por la radiación térmica y, por último, que la información escapa a un universo bebé (un agujero que se encuentra dentro del agujero).

Ahora, con base en la teoría de cuerdas, se formuló el principio holográfico, el cual propone que no hay una respuesta única y que las dos opciones de la paradoja son válidas. Es decir, que cuando un observador mira el agujero desde afuera es testigo de cómo los objetos caen, se vaporizan y emiten radiación, en cambio; si un observador cae dentro del agujero “no nota ninguna temperatura hasta que las fuerzas de marea se hacen finalmente tan fuertes que lo destruyen”, escriben los investigadores.

La tercera solución es la pared de fuego, que plantea que la boca del agujero es una suerte de anillo de fuego que quema cualquier objeto que lo atraviesa y la información queda incinerada en el horizonte, sin perderse. Finalmente, el modelo de probabilidad de tunelamiento propone que la información atraviesa el horizonte de eventos y allí queda, y lo que hay que hacer es ‘tunelarla’ para recuperarla.

“Sí, el trabajo de años y años nos ha llevado a nuevos enfoques, pero, hasta ahora, nadie ha hecho un cálculo real de las soluciones. Y es que cada dos meses se publican nuevas respuestas a la paradoja de la información, pero muchos se quedan en argumentos bonitos… Hacen falta las pruebas. Llevamos 47 años pensando en eso”, indica Cano.

Los investigadores concluyen que si bien no hay respuesta definitiva a la pregunta (a la paradoja), por ahora, sin duda el desarrollo de la teoría cuántica de la gravedad llevaría a una respuesta, porque “nos permitiría saber cuál es la estructura del universo, conocer cómo está conformado y contar sus hilos”, explica Cano, quien añade: “Y mientras eso pasa hay que seguir construyendo nuevos enfoques, nuevas partes para este monstruo de Frankenstein”.

¿Se pierde la información en el proceso de evaporación?, preguntan los físicos. “¿Cómo se relacionan el encubrimiento de la muerte y la alternancia del adentro? ¿A dónde fue a parar el vino que investigó salivas de la Luna?”, pregunta el poeta Juan Gelman. No hay ninguna conclusión, por ahora.

*Pesquisa Javeriana.

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