Los físicos han propuesto una forma de extraer información de un agujero negro

Los físicos estadounidenses en el Instituto de Tecnología de California han encontrado una forma teórica de extraer información sobre una partícula atrapada en un agujero negro. A la larga, esta teoría puede ayudar a resolver el problema de la desaparición de información en un agujero negro, que a menudo se llama el "teorema de la ausencia de cabello".

El teorema dice que todos los agujeros negros sin rotación y sin carga de la misma masa son indistinguibles entre sí. Por ejemplo, un agujero negro obtenido del colapso gravitacional de la materia, y un agujero negro de la misma masa, obtenido del colapso gravitacional de la antimateria, no difieren del punto de vista de un observador externo. Por lo tanto, en el proceso de colapso gravitacional para el observador externo, se violan las leyes de conservación de los números cuánticos.

Stephen Hawking en 1974 predijo la existencia de radiación de agujero negro, que lleva su nombre. Si un par partícula-antipartícula nace cerca del horizonte de un agujero negro, uno de ellos puede evitar caer en el agujero y precipitarse en el espacio circundante. Desde el punto de vista de un observador externo, este proceso se verá como la radiación de un agujero negro.

Dado que se permite que un agujero negro se “evapore” gradualmente, esto significa que el agujero puede crecer inicialmente hasta una cierta masa y luego emitir la cantidad correcta de radiación y volver a la masa original. En este caso, la radiación emitida no se conectará de ninguna manera con la materia y la energía que previamente habían caído en el agujero, y el agujero negro disminuido no diferirá de ninguna manera de su estado anterior con la misma masa. Es decir, un agujero negro destruye por completo la información que se ha introducido en él.

Desde el punto de vista de la mecánica cuántica, este es un problema. A pesar de que funciona con probabilidades (por ejemplo, la probabilidad de que un electrón esté en algún punto), las funciones de onda en cualquier caso deberían comportarse de manera predecible. Si conocemos la forma de onda en un momento particular en el tiempo, deberíamos poder predecir su forma de onda en cualquier otro momento. Sin esta unidad, la teoría cuántica produciría resultados sin sentido; por ejemplo, la suma de todas las probabilidades no sería del 100%.

Los físicos estadounidenses argumentan que es posible extraer información sobre partículas atrapadas en un agujero negro si se usa tanto la radiación de Hawking descrita como la teletransportación cuántica.. Esto último significa la transmisión de un estado cuántico a una distancia utilizando un par de partículas entrelazadas y un canal de comunicación clásico, en el que el estado de la partícula se destruye en el punto de partida durante la medición, y luego se recrea en el punto de recepción.

Por ejemplo, se requiere que un par de investigadores, Asa y Vasya, transmitan información sobre la parte posterior de un electrón de un electrón a otro. La esfera de Bloch describe el espacio de los estados de espín de electrones, y el espín de electrones se puede denotar por un punto en esta esfera. Pero si Asya mide directamente el giro, colapsará en uno de los dos estados. Por lo tanto, el giro debe transmitirse sin medición.

Para esto, los investigadores necesitarán un par adicional de partículas enredadas entre sí. Al medir el estado de una partícula, es posible con un 100% de probabilidad descubrir el estado de otra. Entonces, Asya tendrá dos electrones: uno cuyo estado debe transferirse y el otro de un par enredado; Vasya tendrá solo un electrón de un par enredado.

En el mundo cuántico, la medición cambia el estado del sistema. Alice puede tomar dos de sus electrones y tomar una medida que los lleve a un estado enredado. Este procedimiento romperá la confusión que existía entre uno de sus electrones y el electrón de Vasya. Pero al mismo tiempo, el electrón Vasin entra en el estado en el que estaba el electrón de Asi, el mismo cuyo estado tuvo que ser teletransportado.

Ahora puedes volver al agujero negro e imaginar que Asya vuela fuera del horizonte de eventos con su electrón. Asya atrapa uno de los fotones generados por la radiación de Hawking, mientras que el segundo fotón, que se confunde con el primer estado, cae en el agujero. Asya luego mide el momento angular total del agujero negro, y le lanza su electrón.

Si Asya ahora vuelve a tomar medidas del agujero negro, estas mediciones confundirán el agujero negro con el fotón que cae en él, y teletransportarán el estado del electrón al fotón que Asya tiene a su disposición. Por lo tanto, la información sobre el electrón faltante aparecerá nuevamente en la parte observable del Universo.

Es cierto que dicha "tecnología" le permite devolver información sobre una sola partícula que desapareció en un agujero negro. Para llegar a la solución del teorema sobre la "ausencia de cabello", es necesario conocer los mecanismos internos que ocurren en los agujeros negros. Y esta es precisamente la pregunta más grande y fundamental en el estudio de estos objetos. Para hacer esto, es necesario desarrollar una descripción cuántica de la interacción gravitacional, que hasta ahora elude a los físicos teóricos de todo el mundo.

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