Los muros de fuego de los agujeros negros podrían ser demasiado tibios para quemar

Los muros de fuego de los agujeros negros podrían ser demasiado tibios para quemar

Los muros de fuego de los agujeros negros podrían ser demasiado tibios para quemar   Algunas propuestas sustituyen los agujeros

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Los muros de fuego de los agujeros negros podrían ser demasiado tibios para quemar

 

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Algunas propuestas sustituyen los agujeros negros con bolas borrosas de cuerdas (en el sentido de la teoría de cuerdas), sin horizonte de sucesos ni singularidad [Olena Shmahalo/Quanta Magazine].

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Borrador automático El legado de Stephen HawkingStephen Hawking será unánimemente recordado por sus múltiples y brillantes contribuciones a la teoría de la relatividad general de Einstein. Sin embargo, la razón principal por la que su nombre aparece hoy mencionado en miles de artículos científicos fue su demostración de 1974 de que, contra todo pronóstico, las leyes cuánticas implicaban que los agujeros negros tenían que emitir partículas. Aquel resultado pronto derivó en una pregunta que desde entonces ha ocupado a los físicos teóricos: ¿cómo reprocesan los agujeros negros la información? Este monográfico digital muestra la fecunda historia de este problema a través de varios artículos publicados en Investigación y Ciencia a lo largo de los años. Incluye el artículo de 1977 en el que el propio Hawking exponía ante el gran público su idea original y, a modo de homenaje, concluye con una reflexión acerca del proyecto al que el físico británico dedicó su vida: la búsqueda de una teoría final.

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Los agujeros negros tienen el poder de doblegar mentes y espacios, pero en su versión einsteiniana son tan simples que una niña podría dibujarlo. Un punto en el centro, una frontera inmaterial perfectamente esférica un poco más allá, y ya está.

El punto es la singularidad, una región inimaginablemente pequeña de espacio tan radicalmente contorsionado que cualquier cosa que esté cerca caerá hacia ella inevitablemente, dejando detrás un  vacío. La frontera esférica es el llamado horizonte de sucesos, el punto de no retorno entre el vacío y el resto del universo. Pero según la teoría de la gravedad de Einstein, el horizonte de sucesos no se haría notar inmediatamente a una astronauta desafortunada que lo atravesase. «Es como el horizonte ante una ventana de casa», dice Samir Mathur, físico de la Universidad del Estado de Ohio. «Si se anduviese hasta allí, no habría nada».

En 2012, sin embargo, este plácido cuadro estalló en llamas. Cuatro físicos abordaron un problema enunciado por Stephen Hawking, referido a qué le pasa a toda la información que cae en un agujero negro, y lo pusieron patas arriba. En vez de aferrarse a eso de que una astronauta (llamémosla Alicia) atravesaría el horizonte sin contratiempos, le dieron prioridad a un postulado básico de la mecánica cuántica: la información, como la materia y la energía, no se puede destruir nunca. Ese cambio acababa haciendo del horizonte de sucesos, en vez de una frontera matemática, un objeto físico, al que se le dio el vistoso nombre de muro de fuego.

«No puede estar vacío, tiene que estar lleno de algo, de algo en gran cantidad y caliente», según Donald Marolf, físico de la Universidad de California en Santa Bárbara, y uno de los cuatro coautores. El argumento causó un tumulto entre los físicos teóricos, como si los cartógrafos dijesen que el ecuador, en vez de ser una línea imaginaria en sus mapas, era en realidad una pared de ladrillo rojo.

La nueva de que había una estructura en la frontera no conmocionó a Mathur, sin embargo. Llevaba más de diez años sosteniendo que los agujeros negros son en realidad bolas de cuerdas (de las cuerdas de la teoría de cuerdas) con una superficie caliente y borrosa. «Cuanto más te acerques, más caliente se volverá, y eso es lo que quema», explicaba.

En los últimos años, Mathur ha redefinido su «bola borrosa», y en sus cálculos más recientes ha dado noticias un pelo mejores para Alicia. No viviría muchos y saludables años, pero quizá no sucumbiría por el calor.

Las bolas borrosas son lo que se tiene cuando se aplica la teoría de cuerdas (una descripción de la naturaleza que reemplaza las partículas con cuerdas) a objetos sumamente densos. Si se le da energía a una partícula se acelerará, pero las cuerdas se estirarán e hincharán además. Esa capacidad  de expandirse, combinada con la flexibilidad adicional que conceden las dimensiones espaciales adicionales, hace que las cuerdas se inflen cuando se empaquetan las suficientes en un  espacio pequeño. Forman una bola borrosa que, desde lejos, recordaría a un agujero negro ordinario: tiene el mismo tamaño (para una masa dada) y emite el mismo tipo de «radiación de Hawking» que emiten todos los agujeros negros. Como premio añadido, cree Mathur, la superficie ligeramente irregular cambia la forma en que emite las partículas y le quita garra al problema con la información que planteó Hawking. «Se parece más a un planeta», dice, «y radia desde la superficie como cualquier otra cosa».

Su nuevo trabajo amplía unos argumentos de 2014, referidos a qué le pasaría a Alicia si cayese a una bola borrosa supermasiva, como la que hay en el centro de nuestra galaxia (si es que ese agujero negro es en realidad una bola borrosa), con una masa millones de veces la del Sol. En circunstancias así, la fuerza de la gravedad domina a todas las demás. Dando por sentada esta constricción, Mathur y sus colaboradores encontraron que una partícula Alice que llegase apenas si tendría alguna oportunidad de chocar contra una partícula emergente de radiación de Hawking. La superficie estaría caliente, explica, pero la manera en que la bola borrosa se expande para tragar nuevo material impide que algo se aproxime lo suficiente para quemarse, así que Alicia podría llegar hasta la superficie.

Marolf dice a esto que una bola borrosa de tamaño medio todavía podría asar a Alicia de otras formas. No la arrastraría tan deprisa, y en una colisión a energías menores serían otras fuerzas, no la gravedad, las que darían cuenta de ella.

El equipo de Mathur ha estudiado más recientemente con mayor detalle la experiencia de Alicia con unos nuevos cálculos, publicados en el Journal of High Energy Physiscs. Llegan a la conclusión de que para una bola borrosa modesta (con una masa parecida a la del Sol) la probabilidad total de que una partícula Alicia se topase con una de radiación sería un poco mayor de lo que habían calculado antes, pero seguiría estando muy cerca de cero. Este resultado da a entender que una bola borrosa tendría que volverse mil veces menor que la nanoescala antes de que la incineración fuese probable.

Al resultarle posible a Alicia llegar a la superficie más o menos intacta (seguiría habiendo un estiramiento, que está fuera de toda duda y que seguramente sería fatal), la teoría podría acabar restaurando el cuadro einsteiniano de una travesía suave a través de la frontera, aunque de una forma retorcida. Podría ser que Alicia se espachurrase en la superficie pero, al mismo tiempo, le pareciese que estaba cayendo a través del espacio abierto, signifique ello lo que signifique.

«Si saltas a una [bola borrosa], según una de las descripciones te descompondrías en pequeñas cuerdas. Eso es lo que quiere decir lo del espachurramiento», dice Mathur. De ordinario, supondríamos que si la partícula de Alicia se descompone, Alicia dejará de ser Alicia. Una dualidad bien peculiar de la teoría de cuerdas le permitiría, sin embargo, extenderse por la bola borrosa de una manera ordenada, de modo que preservaría sus conexiones y, quizá, su sentido de ser un yo. «Fijándose con mucha atención en lo que hacen [las cuerdas]», sigue Mathur, «se comprende que en realidad se extienden en una bola muy coherente».

Los detalles de la concepción de Mathur siguen estando poco perfilados. Y el modelo se basa enteramente en la maquinaria de la teoría de cuerdas, un marco matemático sin pruebas experimentales. Más aún, ni siquiera la teoría de cuerdas puede apañárselas con la maraña de una bola borrosa realista. Por eso se recurre a ejemplos artificiosos, por ejemplo unos cuerpos muy organizados y ultragélidos, explica Marika Taylor, teórica de cuerdas de la Universidad de Southhampton, en el Reino Unido.

Los cálculos de Mathur son exploratorios, dice, generalizaciones aproximativas de las características comunes de los modelos simples. El paso siguiente consistiría en una teoría que describiese la superficie de la bola borrosa en el nivel cuántico desde el punto de vista de la cuerda. No obstante, Taylor coincide en que la idea de un caliente muro de fuego siempre ha tenido malas pintas desde la perspectiva de la teoría de cuerdas. «Hay una transición súbita desde el ‘voy cayendo tan feliz y contenta’ al ‘¡Dios mío, me han hecho trizas!’ Es insatisfactorio’, dice.

Marolf no quiere comentar los últimos resultados hasta que no haya terminado de hablar de ellos con Mathur, pero sí dice que está interesado en saber más acerca de cómo se han tomado en cuenta las demás fuerzas y de cómo reaccionaría la superficie de la bola borrosa a la visita de Alicia. Señala también que el modelo de agujero negro de Mathur es solo una de las muchas tácticas propuestas para resolver el problema de Hawking, y no hay certeza algunas de que se  haya dado con alguna que sea correcta. «Es posible que el mundo real sea más disparatado incluso que todo esto que hemos ido pensado», dice, «y quizá no estemos siendo lo bastante listos».

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