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Cómo fugarse de un agujero negro

Para salvar la mecánica cuántica, la información debe escapar de los agujeros negros. Nuevas observaciones pueden ayudarnos a entender cómo lo logra.

MONDOLITHIC STUDIOS

En síntesis

Según la mecánica cuántica, la información no puede destruirse. Sin embargo, al combinarlas con la relatividad general, las reglas cuánticas parecen implicar que tal destrucción ocurre en los agujeros negros.

Los científicos han propuesto modificaciones a la descripción clásica de los agujeros negros que podrían resolver esta paradoja, pero hasta ahora carecían de pruebas para verificarlas.

Eso está cambiando gracias al Telescopio del Horizonte de Sucesos, que recientemente obtuvo la primera imagen de un agujero negro, y a la detección de las ondas gravitacionales generadas en las colisiones entre agujeros negros.

El 10 de abril de 2019, la humanidad atisbó por primera vez un agujero negro. El Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés), una red de radiotelescopios distribuidos por todo el planeta, difundió la imagen de lo que parece un agujero negro 6500 millones de veces más masivo que el Sol, situado en el centro de la cercana galaxia M87. Supuso un logro impresionante: nuestro primer vistazo a los objetos más misteriosos del universo, predichos desde hace mucho, pero que nunca habían sido avistados directamente. Lo más emocionante es que esta imagen y otras observaciones ya están empezando a proporcionar nuevas pistas sobre uno de los misterios más profundos de la física.

Este enigma es la paradoja de qué ocurre con la información en un agujero negro. Al investigar esta cuestión, los físicos han descubierto que la mera existencia de los agujeros negros resulta incompatible con las leyes cuánticas que, hasta donde sabemos, describen el resto del universo. Resolver esta contradicción podría requerir una revolución conceptual tan profunda como la que nos llevó de la física clásica a la mecánica cuántica.

Los teóricos han examinado muchas ideas, pero no disponían de demasiados indicios directos que les ayudaran a resolver el problema. Sin embargo, con la primera imagen de un agujero negro empezamos a tener datos reales con los que dar forma a nuestras teorías. Las futuras observaciones del EHT (especialmente las que muestren la evolución temporal de los agujeros negros) y las recientes detecciones de fusiones de agujeros negros mediante observatorios de ondas gravitacionales podrían brindarnos pistas importantes y marcar el comienzo de una nueva era en la física.

El problema de la información

Pese al misterio que los envuelve, los agujeros negros parecen estar por todo el cosmos. Las observaciones del EHT y las mediciones de ondas gravitacionales constituyen los indicios más sólidos y recientes de que estos objetos son reales y sorprendentemente comunes. No obstante, su mera existencia amenaza los fundamentos de la física: al aplicar a los agujeros negros los principios básicos de la mecánica cuántica que creemos que gobiernan el resto de las leyes de la naturaleza, surgen contradicciones. Eso pone de manifiesto algún tipo de fallo en la forma actual de dichas leyes.

El problema emana de una de las preguntas más sencillas que podemos hacernos sobre los agujeros negros: ¿qué ocurre con lo que cae en ellos? De acuerdo con las leyes actuales de la mecánica cuántica, la materia y la energía pueden cambiar de forma. Las partículas, por ejemplo, pueden transformarse en otras. Pero hay algo que es sagrado y nunca se destruye: la información cuántica. Si conocemos la descripción cuántica completa de un sistema, deberíamos ser capaces de determinar siempre y de forma exacta su descripción anterior o posterior, sin pérdida alguna de información. Así que una pregunta más precisa sería: ¿qué ocurre con la información cuántica que cae en un agujero negro?

Nuestra comprensión de los agujeros negros se basa en la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que describe la gravedad como el resultado de la curvatura del espacio y el tiempo. Una forma habitual de visualizar esta idea es mediante una bola pesada que deforma la superficie de una cama elástica. La curvatura del espaciotiempo desvía las trayectorias de los objetos con masa y de la luz, y a eso le llamamos gravedad. Si se concentra suficiente masa en una región lo bastante pequeña, la deformación del espaciotiempo a su alrededor será tan intensa que ni siquiera la luz podrá escapar de la región interior al denominado horizonte de sucesos. Tenemos entonces un agujero negro. Y dado que nada —tampoco la información— puede viajar más rápido que la luz, todo aquello que supere esa frontera quedará retenido allí. Así pues, los agujeros negros son sumideros que atrapan tanto la información como la materia y la luz.

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