Ethan Siegel: ¿Por qué todos están tan preocupados por la paradoja con la desaparición de información en un agujero negro?

Probablemente piense que para salir de la atracción gravitacional de nuestra Tierra, necesita mucha energía. Pero la atracción de nuestro planeta no es nada en comparación con muchos otros objetos del universo. Incluso cosas como el Sol, una galaxia entera o una estrella de neutrones se desvanecen frente a un área pequeña y compacta del cosmos llena de tanta materia y energía que tendrías que moverte más rápido que la luz para escapar de su gravedad. Este es un agujero negro, un área donde la gravedad es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de allí.



Un agujero negro, que generalmente ocurre después del colapso de un núcleo supermasivo de una estrella, inevitablemente colapsa en una singularidad, cuyas condiciones, sin importar, incluidas las partículas elementales, pueden resistir. Varias dimensiones espaciales colapsan en un punto o anillo, y las leyes conocidas de la física dejan de funcionar.

El problema de los agujeros negros está relacionado con la información que cae en ellos. Según nuestras ideas, en el Universo hay propiedades específicas de la materia y la energía que contienen información. Una partícula como un protón o un electrón no solo tiene masa, carga eléctrica y espín, sino también propiedades cuánticas: número de barión, número de leptones, hipercarga débil, carga de color y entrelazamiento cuántico que une las partículas. Si crea un agujero negro a partir de una pila de partículas (generalmente se necesitan 10 ⁵⁸ partículas), y cada uno tendrá sus propias propiedades especiales; además, pueden ser no solo protones y electrones, sino también neutrones, fotones, neutrinos, antineutrinos, positrones y otros, entonces su información debe entrar de alguna manera significativa en un agujero negro .



Pero los agujeros negros no recuerdan nada. Aparentemente, se describen solo por la masa (determinada por la cantidad total de masa y energía que absorbieron), la carga eléctrica y el momento angular (que describe su giro).

Entonces, ¿a dónde va toda la información? Un agujero negro que surgió del colapso de una estrella ordinaria, en principio, codificado dentro de la información, debe ser muy diferente de un agujero que proviene de una estrella que consiste en antimateria, y, sin embargo, ¡esta información no parece estar codificada en un agujero negro! Si toma dos agujeros negros idénticos, agregue a un grupo de neutrones y a otro una mezcla igual de protones con electrones, para que sus masas sean iguales, tendrían que tener diferentes propiedades, ya que tendrían que contener diferentes números de bariones y leptones. . Pero se sabe que no habrá diferencia entre ellos. Será imposible distinguir entre ellos.



Se puede decidir que la salvación contiene un horizonte de eventos, ya que este límite más allá del cual la luz no puede ir, parece "congelado" en el sentido de que todo lo que cae sobre él permanecerá para siempre en forma de información codificada en la superficie. Esta propiedad fue descubierta en 1939. Pero en 1974, Stephen Hawking demostró que esto no es así. Durante largos períodos de tiempo, la esencia cuántica del Universo y el hecho de que las fluctuaciones de partículas y antipartículas ocurren en el espacio curvo del horizonte de eventos significa que los agujeros negros se emitirán como un cuerpo completamente negro, lo que finalmente conducirá a su evaporación.



Y este es un gran problema de la física moderna, ya que la información cuántica que ingresa a un agujero negro debe preservarse de acuerdo con las leyes fundamentales. ¡Pero lo que emana de un agujero negro, la radiación de un cuerpo absolutamente negro, no contiene ninguna información!

Ahí tienes la paradoja. ¿Cómo resolverlo? Los físicos creen que hay alguna forma desconocida para nosotros (posiblemente requiriendo una teoría cuántica de la gravedad), que sin embargo codifica información "congelada" en el horizonte de eventos en la radiación saliente. ¿Pero codifica? Y si es así, ¿cómo? Nadie sabe. El reciente anuncio de Stephen Hawking fue un pequeño paso hacia la respuesta a esta pregunta, y muy probablemente una rama sin salida del desarrollo de la idea, como la mayoría de las ideas hipotéticas en este campo.



Tan pronto como surge un conflicto entre las predicciones de las teorías:

• que hay propiedades que deben preservarse
• y que el estado final del sistema contiene excelentes valores de estas propiedades en comparación con el estado inicial

entonces representa una amenaza para el desarrollo científico. Esta paradoja es un problema, porque dice que nuestra visión actual de algo es incompleta. ¿Existe una nueva ley de física? ¿Hay una nueva aplicación de leyes famosas que nos perdimos? ¿O estas propiedades aún no se conservan? ¿La información está codificada en el estado final? ¿La gravedad cuántica aclarará este problema?

Esperamos obtener una respuesta a estas preguntas. Mientras tanto, la presencia de una paradoja significa que tenemos un problema, y ​​eso significa que tenemos algo que aprender. Y para todos los que estén interesados ​​en las verdades científicas sobre el Universo, esto es una prueba de que todavía hay mucho que tenemos que entender.

Source: https://habr.com/ru/post/es383837/