Sobre la paradoja de la pérdida de
información en agujeros negros.
En
un paper publicado este mes en la revista Nature [1], Juan Maldacena pasa
revista de los avances recientes hacia la resolución de uno de los rompecabezas
más incómodos de la física: La paradoja de la pérdida de información en los
agujeros negros
La
paradoja de la pérdida de información fue formulada en los años 70's por
Stephen Hawking, poco después de que él y Jacob Bekenstein advirtieran que los
agujeros tienen propiedades térmicas y que éstas los llevan finalmente a
desaparecer.
Cuando
un agujero negro se forma a partir de la explosión y subsiguiente colapso
gravitatorio de una estrella, el astro sólo hereda de la estrella progenitora
dos datos: su masa y su velocidad de giro. Todo otro dato de la estrella, como
su composición química, se habrá perdido.
Hasta
aquí, alguien podría argüir que esto, en realidad, no es un problema ya que la
información de la estrella original en realidad no se perdió: Ésta quedó
atrapada dentro del agujero negro; nos es inaccesible desde el exterior,
pero allí está, encerrada, y acaso intacta...
Ahora
bien, ... según mostrara Hawking en 1974, los agujeros negros emiten una tenue
pero persistente radiación. Esta radiación los lleva a evaporarse al cabo de un
largo tiempo. Además, esa radiación es de naturaleza "térmica", lo
que significa que no lleva información alguna.
Así,
si uno espera suficiente tiempo (¡algo así como 10^{57} veces la edad del
universo!) el agujero negro finalmente se evapora por completo, se desvanece
haciendo que la información que tenía atrapada desaparezca en él, como en un
acto de magia de escalas cósmicas.
Esto
plantea una paradoja para la física, dado que según el "principio de
unitariedad de la mecánica cuántica" la información debe ser preservada.
Esta paradoja expresa mejor que ningún otro ejemplo la tensión existente entre
cuántica y la teoría de la gravitación de Einstein.
Durante
mucho tiempo los físicos intuyeron la solución a la paradoja: De alguna manera
que aún no comprendemos, la información debe ser restituida al medio exterior
durante el proceso de evaporación del agujero negro, antes de que el astro
desaparezca por completo. Pero, ¿cómo?
En
una serie de trabajos publicados en noviembre de 2019 [2,3], Maldacena et al.
notaron que efectos de gravedad cuántica que habían sido inadvertidos en
investigaciones previas parecían tener a la solución al problema. A ver si me
sale contarla:
Una
medida de la información acarreada por la radiación de los agujeros negros es
su entropía, la entropía de dicha radiación. El cálculo original de Hawking
(1974) lleva a que la entropía de esa radiación siempre crece, síntoma
inequívoco de que la información se va perdiendo.
Así,
si uno pudiera mostrar que para un agujero negro lo suficientemente viejo, al
cabo de un tiempo, la entropía de la radiación que él emite deja de aumentar y
comienza a disminuir, entonces uno estaría mostrando que la información
comienza a ser restituida al exterior.
Esto
es lo que Maldacena y sus colaboradores mostraron: La entropía de la radiación
emitida por un agujero negro que es lo suficientemente viejo revierte ese
crecimiento que Hawking había predicho y comienza a disminuir. La entropía
disminuye = la información se restituye.
Los
detalles del trabajo de Maldacena et al. son complicados y no viene al caso
contarlos aquí (dejo las referencias abajo); pero vale decir que la solución
involucra la existencia de geometrías tipo agujero de gusano que conectan
múltiples copias del agujero negro.
Como
los auotres mismos señalaran, es curioso que los agujeros de gusano, que
originalmente fueron concebidos como monstruosas soluciones de la teoría de
Einstein que difícilmente tendrían relevancia física, aparecen en este contexto
como los salvadores. La dialéctica del caso.
Referencias:
[1]
nature.com/articles/s4225…
