Más sobre la paradoja de la información y los agujeros negros

Ya publiqué una entrada hace unos día sobre Cómo escapa la información de un agujero negro. Esta vez desde Astroseti donde Xavier Civit nos explica por qué Stephen Hawkings considera un error afirmar que la información se pierda en una agujero negro . Para ello Civit usa de ejemplo la banda sonora del rambo ilustrado del XXI, IronMan

Agujeros negros: de la información podría salir . . .
Traducido y ampliado para Astroseti.org por
Xavier Civit

Llamada paradoja de la información. Este viejo enigma de la física teórica acaba de recibir una posible solución, propuesta por Abhay Asthekar, uno de los creadores de la teoría de la Gravedad cuántica de bucles o LQG, siglas en inglés de Loop Quantum Gravity. Inspirado por los resultados de sus colegas Smolin, Rovelli y Bojowald, este eminente especialista explica que, contrariamente a lo que afirmaba inicialmente Hawking, la información se conservaría en el momento de la evaporación de un agujero negro.

Imagine el rayo láser de un grabador de CD calentando un pedazo de carbón. Contrariamente a la luz del láser, casi monocromática, la emitida por el carbón calentado estará compuesta por un gran número de distintas longitudes de onda. La radiación del pedazo de carbón puede estar considerada en efecto como el de un cuerpo negro con un espectro continuo. Si los fotones iniciales del láser tienen todos casi la misma longitud de onda y constituyen un conjunto considerado como puro, según la terminología de los físicos, los fotones reemitidos por el pedazo de carbón estarán constituidos por una mezcla irregular que poseerá grandes diferencias desde el punto de vista de las longitudes de onda.

Esta radiación puede ser vista como muy desordenada en oposición a la regularidad del láser. Si además el reproductor de CD estaba transmitiendo la banda sonora de Iron Man, ésta será inaudible en la radiación térmica final del pedazo de carbón.

No es nada para un observador microscópico que utiliza las leyes de la mecánica cuántica. Para él, las correlaciones sutiles en los estados de los fotones emitidos por el pedazo de carbón están muy presentes y su asimilación a un cuerpo negro no es más que una aproximación, excelente pero falsa: siempre es posible escuchar la banda original de la película de Marvel.

En el caso de un agujero negro que se evapora por el « efecto Hawking*, las leyes de la mecánica cuántica exigen la aparición de un espectro de cuerpo negro*. El problema es que la existencia de un horizonte, y también de una singularidad dentro de éste, impone que el agujero negro irradíe con un espectro de cuerpo negro perfeccionado durante la mayor parte de su existencia y por fin, que su estado final vinculado a la singularidad, sea demasiado caótico para retener la información que no se escapó por efecto de la radiación Hawking durante su evolución.

Acabamos así en la paradoja de la información. Si, de un lado, las leyes de la mecánica cuántica exigen que la información jamás se pierda en la evolución de un sistema físico, aplicadas sobre un agujero negro exigen que el CD de Iron Man que habría sido tragado por el agujero negro no pueda ser escuchado jamás registrando y analizando la radiación Hawking.

Este problema, que tiene numerosos aspectos, es uno de los más importantes de la física y su solución probablemente ha de darnos las claves de la física del siglo XXI.

Un modelo de juguete en 2D para la evaporación de los agujeros negros.

Abhay Ashtekar es un investigador de renombre mundial y es uno de los padres de la gravitación cuántica de bucles (LQG). Como muchos otros investigadores de su nivel antes de él, acaba de proponer un principio de solución a la paradoja de la información que le ha sido inspirada por el nuevo tratamiento de las singularidades en LQG.

El LQG indica que el espacio-tiempo sería fundamentalmente granular y que la descripción continúa que tenemos no esta más justificada que la que se emplea en la mecánica de los fluidos. En realidad, mientras que se acerca a la longitud y al tiempo de Planck, el carácter cuántico del espacio tiempo impondría una eliminación de las singularidades predichas por la teoría de la relatividad general clásica. Este hecho tendría profundas repercusiones sobre el estado final de un agujero negro al final de la evaporación, alcanzando el régimen de Planck.

Aunque Ashtekar y sus colaboradores Victor Taveras y Madhavan Varadarajan declaran tener en cuenta los resultados del LQG, técnicamente no los emplean. Se concentran sobre un modelo de juguete de agujero negro en dos dimensiones ya considerado en la teoria de cuerdas y controlado por un campo escalar, el dilatón*.

Este modelo simplificado permite tratar cuánticamente el estado de la geometría de un agujero negro a punto de evaporarse. Muestran entonces que si la singularidad no existe más o menos dentro del estado final de la evaporación de un agujero negro de este tipo, entonces la información no está perdida y la paradoja desaparece. Los tres investigadores piensan que si un tratamiento más riguroso y sobre todo en 4 dimensiones de la evaporación de un agujero negro se efectúa en el marco del LQG, este particular resultado podría muy bien ser genérico.

Si no se sabe tratar todavía la evaporación de un agujero negro con la LQG, se cree que los resultados que implican la eliminación de la singularidad en el corazón de un agujero negro de Schwarzschild son sin embargo bastante sólidos en el marco de esta teoría.

La teoría de cuerdas no es favorable a la destrucción de la información por un agujero negro y es en parte a causa de ello que Hawking acabó por cambiar de opinión en 2004. Es posible que este resultado pueda servir para conectar ambas teorías, la Gravedad Cuántica de Bucles y la teoría de cuerdas.

Traducido y ampliado para Astroseti.org por Xavier Civit

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¿Cómo escapa la información de un agujero negro?

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