Agujeros negros y hologramas: una nueva teoría cambia nuestra comprensión del universo

Los agujeros negros se volvieron aún más misteriosos, pero mucho más comprensibles.

Esencialmente, los científicos teorizan que los agujeros negros son como hologramas, en los que toda la información para producir una imagen tridimensional está codificada en una superficie bidimensional. Esto de acuerdo con una nueva investigación que vincula dos teorías discordantes, publicado en Physical Review X.

Como lo ordenan las teorías cuánticas, los agujeros negros pueden ser increíblemente complejos y concentrar una enorme cantidad de información en dos dimensiones, similar a los discos duros más grandes que existen en la actualidad.

Esta idea precisa está en línea con la teoría de la relatividad de Einstein, que describe los agujeros negros como tridimensionales, simples, esféricos y suaves, algo que realmente pudimos ver cuando los astrónomos publicaron la primera imagen de un agujero negro.en 2019

En otras palabras, los agujeros negros parecen ser tridimensionales, al igual que los hologramas.

Para los astrofísicos, los agujeros negros presentan arduos desafíos teóricos por varias razones. Son, por un lado, excelentes representantes de las grandes paradojas de la física teórica al combinar los principios de la teoría general de la relatividad de Einstein con los de la física cuántica de la gravedad.

Según la teoría actual, los agujeros negros son cuerpos simples sin información. Según la física cuántica, como teorizaron Jacob Bekenstein y Stephen Hawking, son los sistemas existentes más complejos conocidos en el universo, porque se caracterizan por una enorme entropía, que mide la complejidad de un sistema y, en consecuencia, contiene mucha información.

Para estudiar los agujeros negros, los dos autores del nuevo estudio, Francesco Benini y Paolo Milan, científicos de SISSA (Escuela Internacional de Estudios Avanzados) e INFN ( Instituto Nazionale de Fisica Nucleare ), utilizaron una idea establecida hace 30 años llamada principio holográfico.

En los nuevos estudios, los investigadores explicaron que este principio innovador y algo contraintuitivo propone que el comportamiento de la gravedad en una región determinada del espacio puede expresarse alternativamente en términos de un sistema complejo, que vive solo a lo largo del borde de la región y por lo tanto, en una dimensión menos.

Lo más importante, los investigadores explican que en esta descripción alternativa (llamada holográfica), la gravedad no aparece explícitamente. En otras palabras, el principio holográfico nos permite describir la gravedad usando un lenguaje que no contiene gravedad, evitando así la fricción con la mecánica cuántica.

¿Confuso? Puede parecer así, pero realmente no lo es. Lo que hicieron Benini y Milán fue aplicar la teoría del principio holográfico a los agujeros negros. De esta manera, sus misteriosas propiedades termodinámicas se han vuelto más comprensibles: se centran en predecir que estos cuerpos tienen alta entropía y examinarlos en términos de mecánica cuántica, lo que nos permite describirlos como un holograma: tienen dos dimensiones, en cuya gravedad desaparece, pero reproduce un objeto en tres dimensiones.

Pero hay más. Mucho más.

Según los autores de los nuevos estudios, este es solo el primer paso hacia una comprensión más profunda de estos cuerpos cósmicos y las propiedades que los caracterizan cuando la mecánica cuántica se cruza con la relatividad general.