La paradoja de los agujeros negros: ¿Se ha encontrado la solución al problema de Hawking?

Los agujeros negros son regiones del espacio-tiempo donde la curvatura es tan extrema que ni siquiera la luz puede escapar. Interpretamos esta curvatura como gravedad y todo cuerpo con masa curva el espacio-tiempo. Como ni siquiera la luz escapa de un agujero negro, comprender qué hay en su interior es un desafío ya que es imposible observar lo que sucede en su interior.

Surgen varios misterios e interrogantes respecto a los agujeros negros y uno de los mayores enigmas se llama la paradoja de la información de los agujeros negros. La paradoja surgió con la predicción de Hawking de que los agujeros negros se evaporan. Durante esta evaporación, la información que fue tragada por estos objetos se pierde. Sin embargo, esto violaría uno de los pilares de la mecánica cuántica de que la información no se puede destruir.

Muchos físicos, incluido el propio Stephen Hawking, han trabajado para encontrar una respuesta a esta paradoja. Recientemente, un nuevo artículo publicado en arXiv propuso una solución basada en correlaciones cuánticas. En el trabajo, los autores proponen que existe una relación entre la información, la correlación cuántica y el tejido del espacio-tiempo con las ondas gravitacionales.

Paradoja de la información de los agujeros negros

Un agujero negro tiene una superficie llamada horizonte de sucesos de la que ni siquiera la luz puede escapar una vez dentro. Dado que la luz es lo más rápido del universo, todo lo que entra en un agujero negro permanece allí. Incluso toda la información cuántica que acaba dentro del agujero negro termina quedándose en su interior. Cuando Stephen Hawking propuso la radiación de Hawking, surgió una paradoja.

A medida que la radiación de Hawking hace que el agujero negro se evapore, la información que cayó en el objeto parece destruirse. Principalmente porque la radiación no transporta información sobre la materia que cayó en el agujero negro. Esto violaría una de las principales leyes de conservación, ya que la información debe conservarse, creando una paradoja llamada paradoja de la información de los agujeros negros.

Radiación de Hawking

La radiación de Hawking fue propuesta por el físico Stephen Hawking en 1974 y todavía hoy se debate dentro de la astronomía y la física. Con la radiación de Hawking se pudo demostrar que los agujeros negros tienen una vida limitada y pueden llegar al final de su vida en un proceso llamado evaporación. Cuanto más grande es el agujero negro, más lenta y débil es la evaporación según las ecuaciones encontradas por Hawking.

La radiación surge debido a la creación de pares partícula-antipartícula en el borde del horizonte de sucesos. Una partícula acaba siendo capturada por el agujero negro y la otra escapa, provocando la pérdida de masa y energía del agujero negro. La radiación de Hawking nunca ha sido detectada directamente, pero su existencia se acepta sobre una sólida base teórica y se confirma mediante simulaciones.

Correlación cuántica y espacio-tiempo

Una de las soluciones propuestas a esta paradoja se llama no localidad no violenta. La idea detrás de esta posible solución tiene que ver con el entrelazamiento cuántico que conecta partículas instantáneamente. Una de las ideas supone que el entrelazamiento cuántico también se incluye en el propio espacio-tiempo. En otras palabras, se podrían correlacionar aspectos del propio espacio-tiempo.

Las ondas gravitacionales son ejemplos de efectos que ocurren en el tejido del espacio-tiempo cuando ocurre algo muy energético o se acelera algo muy masivo. En esta solución, podrían existir efectos menos energéticos en el borde de los agujeros negros y entrelazarse con la parte interior del agujero negro. De esta forma, la información sobre lo que cayó no se perdería y quedaría marcada en el propio espacio-tiempo.

Solución a la paradoja

Un grupo de físicos de Caltech ha propuesto la solución no violenta y no localizada a la paradoja del agujero negro. Según ellos, estas marcas en el espacio-tiempo podrían afectar a las ondas gravitacionales. Cuando dos agujeros negros se fusionan, es posible recibir la señal de ondas gravitacionales y, por tanto, poder analizar si existe señal de estas marcas.

Con detectores de ondas gravitacionales como LIGO y VIRGO, estas marcas serían demasiado débiles para ser observadas. Pese a ello, en los próximos años se empezarán a implementar observatorios como LISA que podrán observar estas marcas más débiles. Los futuros observatorios podrían ayudar a observar la radiación de Hawking y otros efectos cuánticos en el borde del los agujeros negros.

Fuentes y referencias de la noticia

- Seymour & Chen. 2024. Gravitational-wave signatures of non-violent non-locality. arXiv.