Varias variantes del destino del Universo, entre las cuales nuestra versión real con aceleración se muestra a la derechaQuizás la mayor sorpresa asociada con nuestro universo nos estaba esperando a fines del siglo XX: luego se hizo el descubrimiento de la energía oscura y la expansión acelerada. Las galaxias del Universo que están más alejadas de nosotros no se sienten atraídas por la gravedad, pero con la aceleración se alejan de nosotros con velocidades cada vez mayores, y están destinadas a desaparecer de nuestro campo de visión. ¿Pero esto no crea alguna forma de paradoja de la información? Uno de nuestros lectores pregunta:
La expansión del universo significa que nuestro horizonte de visibilidad se está retirando; detrás de él, los objetos distantes desaparecen constantemente de la vista. Parece que de esto se desprende que estamos perdiendo información sobre el universo. Entonces, ¿por qué la idea de perder información más allá del horizonte de eventos del agujero negro causa tanta controversia si constantemente perdemos información más allá del otro horizonte?
Esta es una pregunta bastante multifacética, así que comencemos con la expansión acelerada del universo.
Después del Big Bang, el Universo era casi perfectamente homogéneo y se expandió rápidamente, llenándose de materia, energía y radiación.Si quieres imaginar el Universo temprano, deberás dibujar en tu imaginación algo muy diferente de la imagen de hoy. En lugar de estrellas y galaxias separadas por vastas distancias cósmicas, donde prácticamente solo hay vacío, el joven Universo era cálido, denso, lleno de materia y radiación, y se expandió extremadamente rápido. Con una velocidad sorprendente, el Universo se volvió menos denso y, en promedio, todas las partículas se dispersaron entre sí. Pero con el tiempo, esta expansión se desaceleró, y el efecto gravitacional de la materia y la energía trató de comprimir el universo.
Si el Universo tuviera solo un poco más de densidad (rojo), ya estaría comprimido de nuevo. Si fuera un poco menos denso, se expandiría más rápido y se volvería mucho más grande (verde).La carrera fue intensa, y si el equilibrio en el Universo se alterara un poco, podría expandirse, evitando que se formaran estrellas y galaxias, o reducirse, lo que conduciría a un fantástico
Gran apretón . Pero ninguna de estas oportunidades se realizó. Durante miles de millones de años, todo parecía que el Universo estaba casi exactamente en el medio entre ellos, mostrando un caso crítico en el que no se expandiría para siempre y no se reduciría nuevamente. En cambio, la tasa de expansión tendería asintóticamente a cero.
Cuatro posibles destinos del Universo, el ejemplo más bajo se ajusta mejor a nuestros datos: Un universo de energía oscuraPero todo cambió en la década de 1990. Después de observar supernovas distantes y medir cómo se expandió el universo durante miles de millones de años, los astrónomos descubrieron algo sorprendente, misterioso e inesperado. Después de unos siete mil millones de años de disminución de la velocidad de expansión, cuando la gravedad luchó con la presión ejercida originalmente por el Big Bang, las galaxias distantes dejaron de disminuir su distancia de nosotros. Comenzaron a hacerlo más rápido y a volar cada vez más rápido. Esta expansión acelerada del Universo no solo continuó después de esto, sino que también nos permitió predecir el futuro distante de los bordes lejanos del Universo. Y no hay nada bueno en ello.
Las partes observadas (amarillas) y alcanzables (moradas) del Universo, que se deben a la expansión del espacio y los componentes de energía del Universo.Las galaxias a más de 15 mil millones de años luz de distancia ya son inalcanzables para nosotros. La luz emitida por nosotros, ahora, 13.8 mil millones de años después del Big Bang, nunca los alcanzará, y la luz emitida por ellos nunca nos alcanzará. Si estudiamos todo el Universo observable, resulta que casi el 97% de todas las galaxias en él ya están en esta posición. Permanecerán para siempre inalcanzables para nosotros, incluso si hoy fueran a ellos a la velocidad de la luz.
Pero, ¿significa esto que la información desaparece? Es posible que no podamos llegar a estas galaxias, pero ¿es esto equivalente a perder información sobre ellas?
Las galaxias distantes, como las del cúmulo de galaxias Hércules, se aceleran lejos de nosotros. Como resultado, en algún momento, dejaremos de aceptar su luz.En realidad no Con el tiempo, las galaxias más distantes desaparecerán en un sentido práctico, pero no en un sentido absoluto. Las galaxias físicas pueden desaparecer, pero la información sobre ellas seguirá existiendo en nuestro universo. Los fotones que han abandonado una galaxia distante hace mucho tiempo se estiran debido a la expansión del universo. Las longitudes de sus ondas crecen, la energía disminuye y la densidad cuantitativa de los fotones disminuye. Pero con el tiempo, la información de esas galaxias distantes sigue llegando a nosotros, y en un futuro lejano aparecerán incluso estrellas y galaxias, cuya luz podemos ver por primera vez.
Cuanto más lejos está la galaxia, más rápido se aleja de nosotros debido a la expansión, y más su luz experimenta un desplazamiento al rojoLa información no se destruye de ninguna manera; solo en algún momento no recibimos información sobre estas galaxias. El horizonte cósmico se aleja de nosotros, pero incluso cuando las galaxias abandonan nuestro espacio accesible, no hay pérdida de información que existía antes desde nuestro punto de vista. Permanece en el Universo, en principio, accesible a un observatorio suficientemente grande que opera en la longitud de onda correcta. Para verlo en 100 mil millones de años, es posible que necesite un telescopio del tamaño de una galaxia, pero la información no irá a ninguna parte.
La analogía del agujero negro, por cierto, es casi perfecta: si no fuera por la física cuántica, se comportaría casi como nuestro Universo.
Cuando algo cae en un agujero negro, la información se almacena en la superficie del horizonte de eventos. Esto es comparable a una galaxia empujada más allá del horizonte cósmico, con la que no pasa nada después de eso.Lanzando un libro en un agujero negro, simplemente agrega masa al agujero negro, por lo que el horizonte de eventos está creciendo. Pero para información, esto no es un problema; un BH más grande y masivo contiene más información en forma codificada. En particular, la información sobre el contenido del libro, aunque no en la forma en que se puede restaurar, está codificada en el horizonte de los eventos del Mar Negro. Desde nuestro punto de vista, cuando estamos fuera del BH, el libro, tarda un tiempo infinito, asintóticamente largo en caer, lo que significa que si podemos medir fotones con desplazamiento al rojo gravitacional durante un tiempo suficientemente largo, no podemos interrumpir el acceso a la información. contenido en el libro.
A intervalos de tiempo grandes, los agujeros negros se comprimen y se evaporan debido a la radiación de Hawking. Luego hay una pérdida de información, porque la radiación no contiene información que alguna vez fue codificada en el horizonte de eventos.El problema con la pérdida de información ocurre solo cuando el BH se evapora. El libro contenía una cierta cantidad de protones, neutrones, electrones, etc. - sin mencionar palabras, oraciones y otra información - y del BH proviene solo radiación aleatoria de un cuerpo negro. Flujo de partículas. Con la desaparición del horizonte de sucesos, la información también desaparece. Como Sabina Hossenfelder explicó expresamente, nadie sabe a dónde va la información de BH y si se almacena en absoluto.
Con la expansión del Universo, su evolución y aceleración, no se destruye información debido a que abandona el horizonte, y la información impresa en el horizonte cósmico nunca desaparece por completo.Pero el universo no se evapora. Las galaxias distantes desaparecen, pero no se destruyen. La información de ellos se vuelve inaccesible para nosotros, pero solo en un sentido práctico, no en absoluto. Aparecerá una paradoja solo si alguna nueva física muestra que nuestro horizonte cósmico se está evaporando. El universo puede acelerar; la energía oscura puede volverse 99.99% dominante sobre toda la energía del universo; Todas las galaxias pueden volverse inaccesibles. Pero, a pesar del hecho de que la energía oscura es tan inexorable y contradictoria, al menos no viola la ley de conservación de la información.
Ethan Siegel - astrofísico, divulgador científico, autor de ¡Comienza con un golpe! Escribió los libros "Más allá de la galaxia" [ Más allá de la galaxia ] y "Tracknología: la ciencia de Star Trek" [ Treknology ].