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Actualidad científica

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  • Abril/Junio 2015Nº 80

Física

La mecánica cuántica de los agujeros negros

Los agujeros negros suelen definirse como regiones de las que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Sin embargo, hay buenas razones para creer que las partículas sí salen, en virtud del "efecto túnel".

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Los primeros 30 años de este siglo vieron el nacimiento de tres teorías que han cambiado radicalmente la opinión de los hombres sobre la física y la realidad misma. Los físicos están tratando todavía de explorar sus implicaciones y de armonizarlas conjuntamente. Las tres teorías fueron la teoría de la relatividad especial (1905), la teoría de la relatividad general (1915) y la teoría de la mecánica cuántica (c. 1926). A Albert Einstein se debe gran parte de la primera, se le debe toda la segunda y desempeñó un importante papel en el desarrollo de la tercera. Sin embargo, Einstein no aceptó nunca la mecánica cuántica, al integrar esta entre sus componentes la casualidad y la incertidumbre. Su pensamiento se resume en la frase repetidamente citada: «Dios no juega a los dados». No obstante, la mayoría de los físicos aceptaron rápidamente la relatividad especial y la mecánica cuántica porque describían efectos que podían observarse de una manera directa. La relatividad general, por el contrario, apenas si mereció la más mínima atención, porque parecía demasiado complicada desde el punto de vista matemático, no podía someterse a comprobación en el laboratorio y era una teoría puramente clásica que no parecía compatible con la mecánica cuántica. De esta manera, la relatividad general permaneció en la penumbra durante casi 50 años.

La proliferación de observaciones astronómicas que comenzó a principios de los años 60 reavivó el interés por la teoría clásica de la relatividad general, porque parecía que muchos de los nuevos fenómenos que se estaban descubriendo, como los quasars, pulsars y fuentes densas de rayos X, apuntaban hacia la existencia de campos gravitatorios muy fuertes, campos que únicamente podían ser descritos por la relatividad general. Los quasars son objetos semejantes a estrellas, cuyo brillo debe ser muchas veces mayor que el de galaxias enteras si se hallan tan alejados como indica el corrimiento hacia el rojo de sus espectros; los pulsars son restos, de rápida pulsación, de explosiones de supernovas, y se cree que son estrellas ultradensas de neutrones; las fuentes densas de rayos X, reveladas por instrumentos a bordo de vehículos espaciales, pueden ser también estrellas de neutrones u objetos hipotéticos de densidad todavía mayor, llamados agujeros negros.

Uno de los problemas que se presentaron a los físicos que intentaban aplicar la relatividad general a estos descubrimientos nuevos u objetos hipotéticos fue hacerla compatible con la mecánica cuántica. En los últimos años se han registrado progresos que permiten confiar en que pronto tendremos una teoría cuántica de la gravitación totalmente carente de contradicciones internas, que estará de acuerdo con la relatividad general para los objetos macroscópicos y, asimismo, libre de los infinitos matemáticos que han plagado por mucho tiempo otras teorías cuánticas de campos. Estos avances tienen que ver con ciertos efectos cuánticos, recientemente descubiertos, asociados con los agujeros negros, los cuales señalan una notable relación entre los agujeros negros y las leyes de la termodinámica.

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