Una telaraña de agujeros de gusano podría resolver una paradoja fundamental propuesta por primera vez por Stephen Hawking
Una paradoja de agujero negro aparentemente irresoluble propuesta por primera vez por el físico Stephen Hawking puede finalmente ser resuelta, mediante agujeros de gusano a través de tiempo espacial.
Los «agujero negro La paradoja de la información» se refiere al hecho de que la información no se puede destruir en el universo y, sin embargo, cuando un agujero negro eventualmente se evapora, cualquier información absorbida por esta aspiradora cósmica debería desaparecer hace mucho tiempo. El nuevo estudio propone que la paradoja podría resolverse por medio de la naturaleza. último código de trucos: agujeros de gusanoo pasajes en el espacio-tiempo.
«Un agujero de gusano conecta el interior del agujero negro y la radiación exterior, como un puente», dijo Kanato Goto, físico teórico del Programa Interdisciplinario de Ciencias Teóricas y Matemáticas de RIKEN en Japón. dijo en un comunicado de prensa.
Según la teoría de Goto, aparece una segunda superficie dentro del horizonte de eventos de un agujero negro, el límite más allá del cual nada puede escapar. Los hilos de un agujero de gusano conectan esta superficie con el mundo exterior, enredando la información entre el interior del agujero negro y la radiación que se filtra por sus bordes.
Paradoja de la información del agujero negro
En la década de 1970, Hawking descubrió que los agujeros negros no son exactamente negros, pero al principio no se dio cuenta del gran problema que había creado. Antes de su descubrimiento, los físicos habían asumido que los agujeros negros eran extremadamente simples. Claro, todo tipo de cosas complicadas cayeron en él, pero los agujeros negros encerraron toda esa información, para nunca volver a verla.
Pero Hawking descubrió que los agujeros negros liberan radiación y eventualmente puede evaporarse por completo, en un proceso que ahora se conoce como radiación de Hawking, pero esta radiación no transportaba información por sí misma. De hecho, no podría; por definición, el horizonte de sucesos de un agujero negro impide que salga información. Entonces, cuando un agujero negro se evapora y eventualmente desaparece del universo, ¿a dónde fue toda su información encerrada?
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Esta es la paradoja de la información del agujero negro. Una posibilidad es que la información pueda ser destruida, lo que parece violar todo lo que sabemos sobre física. (Por ejemplo, si se puede perder información, no se puede reconstruir el pasado a partir de eventos presentes ni predecir eventos futuros). En cambio, la mayoría de los físicos intentan resolver la paradoja encontrando una forma, cualquier forma, para que la información dentro del agujero negro escape. a través de la radiación de Hawking. Así, cuando el agujero negro desaparece, la información sigue presente en el universo.
De cualquier manera, describir este proceso requiere una nueva física.
«Esto sugiere que el general relatividad y Mecánica cuántica tal como están actualmente son incompatibles entre sí”, dijo Goto. “Necesitamos encontrar un marco unificado para la tecnología cuántica la gravedad.»
Una historia de dos entropías
En 1992, el físico Don Page, un antiguo estudiante de posgrado de Hawking, vio el problema de la paradoja de la información de manera diferente. Empezó mirando entrelazamiento cuántico, es decir, cuando partículas lejanas tienen sus destinos enlazados. Este entrelazamiento actúa como la conexión mecánica cuántica entre la radiación de Hawking y el propio agujero negro. Page midió la cantidad de entrelazamiento calculando la «entropía de entrelazamiento», que es una medida de la cantidad de información contenida en la radiación de Hawking entrelazada.
En el cálculo original de Hawking, no se escapa información y la entropía de entrelazamiento siempre aumenta hasta que el agujero negro finalmente desaparece. Pero Page descubrió que si los agujeros negros liberan información, la entropía del entrelazamiento aumenta inicialmente; luego, a la mitad de la vida útil del agujero negro, disminuye antes de llegar finalmente a cero, cuando el agujero negro se evapora (es decir, toda la información dentro del agujero negro eventualmente escapó).
Si los cálculos de Page son correctos, sugiere que si los agujeros negros permiten que se filtre información, entonces algo especial debe estar sucediendo a la mitad de sus vidas. Aunque el trabajo de Page no ha resuelto la paradoja de la información, les ha dado a los físicos algo jugoso en lo que trabajar. Si pudieran dar a los agujeros negros una crisis de mediana edad, entonces esta solución podría resolver la paradoja.
A través del agujero de gusano
Más recientemente, varios equipos de teóricos han aplicado técnicas matemáticas prestadas de teoria de las cuerdas – un enfoque para unificar la relatividad de Einstein con la mecánica cuántica – para examinar este problema. Estaban examinando cómo el espacio-tiempo cerca de un horizonte de eventos podría ser más complejo de lo que los científicos pensaron inicialmente. ¿Qué tan complejo? Tan intrincado como sea posible, permitiendo todo tipo de curvas y curvas en una escala microscópica.
Su trabajo condujo a dos características sorprendentes. Uno fue la aparición de una «superficie cuántica extrema» justo debajo del horizonte de eventos. Esta superficie interna modera la cantidad de información que sale del agujero negro. A primera vista, no es muy útil. Pero cuando el agujero negro está en la mitad de su vida, comienza a dominar el entrelazamiento, reduciendo la cantidad de información liberada, de modo que la entropía del entrelazamiento sigue las predicciones de Page.
En segundo lugar, los cálculos revelaron la presencia de agujeros de gusano, muchos de ellos. Estos agujeros de gusano parecían conectar la superficie cuántica extrema con el exterior del agujero negro, permitiendo que la información pasara por alto el horizonte de sucesos y se liberara como radiación de Hawking.
Pero este trabajo anterior solo se aplicó a modelos de «juguete» altamente simplificados (como versiones unidimensionales de agujeros negros). Con el trabajo de Goto, este mismo resultado ahora se ha aplicado a escenarios más realistas, un gran avance que acerca este trabajo a la explicación de la realidad.
Sin embargo, hay muchas preguntas. Por un lado, aún no está claro si los agujeros de gusano que aparecen en el matemáticas son los mismos agujeros de gusano que consideramos atajos en el tiempo y el espacio.
Están tan profundamente enterradas en las matemáticas que es difícil determinar su significado físico. Por un lado, podría significar literalmente agujeros de gusano que entran y salen de un agujero negro que se evapora. O simplemente podría ser una señal de que el espacio-tiempo cerca de un agujero negro no es local, lo cual es una característica del entrelazamiento: dos partículas entrelazadas no necesitan estar en contacto causal para influirse entre sí.
Uno de los otros problemas importantes es que, aunque los físicos han identificado un posible mecanismo para aliviar la paradoja, no saben cómo funciona realmente. No existe un proceso conocido que realmente haga el trabajo de tomar información del interior de un agujero negro y codificarla en radiación de Hawking. En otras palabras, los físicos han construido una ruta posible para resolver la paradoja de la información, pero no han encontrado la manera de construir los camiones que recorren esa ruta.
«Todavía no conocemos el mecanismo básico de cómo la radiación se lleva la información», dijo Goto. «Necesitamos una teoría de la gravedad cuántica».
Publicado originalmente en Live Science.
