De todos los muchos problemas que han mantenido despiertos a los físicos teóricos en las últimas décadas, solo uno ha reinado durante al menos 50 años: la paradoja de la información en los agujeros negros.
Formalmente desarrollada a mediados de la década de 1970 a través de contribuciones fundamentales del renombrado físico inglés Stephen Hawking, la paradoja es un rompecabezas teórico que surge cuando las predicciones de la mecánica cuántica se aplican a las reglas de la relatividad general, es decir, cuando dos de los descubrimientos científicos más exitosos en la historia se combinan.
Representación artística de la deformación del espacio-tiempo.Fuente: ESA
En caso de que no recuerdes bien estas definiciones o no estés familiarizado con ellas, no te preocupes, aquí hay un recordatorio: la mecánica cuántica presenta la descripción matemática que creemos que subyace a todos los procesos físicos fundamentales en la naturaleza de las partículas que componen asunto. ; la relatividad general, por otro lado, es la famosa teoría descubierta por Albert Einstein, en la que se describe la gravedad como un efecto de la curvatura del espacio y el tiempo. En resumen, la mecánica cuántica describe el aspecto micro del Universo, mientras que la relatividad general describe su aspecto macro.
Una de las muchas predicciones espectacularmente confirmadas de la teoría de la relatividad general es la existencia de agujeros negros: regiones del espacio-tiempo de las que absolutamente nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Esta categoría de objetos astronómicos se forma generalmente a partir del colapso del núcleo de estrellas extremadamente masivas y tiene propiedades tan extremas que producen la existencia de una singularidad en su interior, un punto que no parece obedecer a ninguna de las leyes conocidas de la física. .
Imagen del agujero negro en el centro de la Vía Láctea.Fuente: cooperación EHT
El problema con los agujeros negros se refiere a la información que contienen: tira un objeto y nunca lo volverás a ver, salta dentro y nunca saldrás. Incluso la fusión de dos agujeros negros es imposible de deshacer, no puedes separarlos nuevamente. Pero la verdad es que el objeto cayó, saltaste y se fusionaron dos agujeros negros, ¿no? Para alguien que observa el agujero negro desde una distancia segura después de que hayan ocurrido estos eventos, no es posible decir qué sucedió. Los agujeros negros simplemente no parecen almacenar ninguna información.
En el Universo descrito por nuestras leyes científicas, esta información son ciertas propiedades físicas medibles de la materia y la energía. Una molécula o una partícula, como un protón o un electrón, por ejemplo, contiene un valor de masa, una carga eléctrica, un espín y varias otras propiedades cuánticas (número de bariones, leptones, hipercargas, etc.). Suponiendo entonces que un agujero negro «absorbe» una cierta cantidad de materia y energía a lo largo del tiempo y, además, que él mismo está formado por toda una serie de partículas con propiedades únicas, es razonable deducir que un agujero negro contiene una gran cantidad de información.
Impresión artística de un agujero negroFuente: Getty Images
La pregunta entonces es: ¿a dónde fue a parar toda esta información? En teoría, un agujero negro creado a partir del colapso de una estrella normal debería tener información codificada totalmente diferente a la de un agujero negro creado a partir del colapso de una estrella de antimateria (suponiendo que sea posible), por ejemplo. Sin embargo, no hay forma de distinguirlos.
Es en este hecho donde radica la primera parte de la paradoja: si la información desaparece, viola la teoría cuántica. La segunda parte llegó cuando Stephen Hawking aplicó las reglas de la mecánica cuántica a los agujeros negros y descubrió que estos sistemas aislados emitirían una forma de radiación, llamada radiación de Hawking, que sería independiente del estado inicial del agujero negro y no dependería sólo en su masa, su carga eléctrica y su momento angular.
Por lo tanto, la paradoja de la información puede describirse y reducirse de manera simplista en los siguientes términos: si consideramos un agujero negro formado por los procesos físicos conocidos, esperamos que no salga nada de él, pero que la información se almacene en de alguna manera Si la información no se conserva o se evapora por completo por la radiación de Hawking, surge una paradoja.
En los últimos años se han planteado varias hipótesis para resolver la paradoja de la información en los agujeros negros y sus extensiones. Muchas de estas hipótesis se basan en cálculos derivados de la teoría de cuerdas, principal candidata a teoría unificada de la naturaleza, y afirman que la información realmente se escapa de un agujero negro. Según uno, por ejemplo, si saltas a un agujero negro, no necesariamente lo dejarás para siempre; en cambio, la información de tu cuerpo puede emerger, partícula por partícula, para reponerte.
Los físicos esperan que aparezca una respuesta definitiva a esta paradoja en los próximos años. Hasta entonces, el estudio de esta propiedad y de otras propiedades exóticas de la naturaleza seguirá, sin duda, ampliando aún más las fronteras del conocimiento humano, hacia los confines del Universo.