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Una guerra en torno a los agujeros negros para conciliar a Einstein y la mecánica cuántica

Desde el sentido común, parece difícil negar que el espacio y el tiempo son entidades fijas en las que nacemos, vivimos, comemos, vemos teleseries y morimos. Sin embargo, el estudio de la realidad demuestra con frecuencia que el sentido común no es mucho más que una serie de prejuicios bien asentados.

FUENTE | Materia Publicaciones Científicas 19/03/2013
 
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Albert Einstein, con su teoría de la relatividad, mostró que el espacio-tiempo es más bien un tejido que se ve modificado por los objetos que se mueven en él. La capacidad de la Tierra para deformar ese tejido es lo que produce su atracción gravitatoria y hace que, a diferentes altitudes, el tiempo discurra a diferente velocidad. Estas variaciones en el tiempo son mínimas en la Tierra, pero pueden llegar al 70% bajo el intenso tirón gravitatorio de una estrella de neutrones. Además de mostrar que la realidad es muy diferente de lo que parece a simple vista, la teoría de Einstein anunció la posibilidad de que el universo pueda estar habitado por unos objetos tan masivos como para detener el paso del tiempo y poner en duda la integridad del tejido cósmico. Fueron bautizados como agujeros negros.

El borde de ese abismo, en el que las leyes que sirven para explicar cómo funciona el mundo amenazan con quebrarse bajo una atracción gravitatoria casi infinita, resulta especialmente atractivo para los físicos teóricos como inspiración para seguir desvelando las leyes que rigen el universo. Allí, a diferencia del resto del cosmos, donde la relatividad sirve para explicar el comportamiento de los grandes objetos y procesos, y la mecánica cuántica para hablar del mundo microscópico, ambos marcos teóricos pueden funcionar. Y es en ese espacio donde los físicos creen que pueden encontrar las claves para armonizar dos mundos que hasta ahora parecen irreconciliables.

En las representaciones populares de los agujeros negros, se suele dibujar un círculo negro sobre un universo iluminado. La frontera entre la luz y la sombra sería lo que se conoce como horizonte de suceso, un punto dentro del área de influencia del agujero a partir del que ni la luz puede escapar. Esa frontera también es conocida como el punto de no retorno porque un supuesto observador que se acercase a esa estrella negra en una nave espacial, una vez rebasada esa barrera, no tendría posibilidad para dar media vuelta y eludir su destino.

Durante muchos años, las teorías más aceptadas afirmaban que no se sentiría nada al entrar en el horizonte de suceso. El viajero seguiría su camino sin ser consciente de haberlo rebasado hasta que comenzase a sentir las poderosas fuerzas gravitatorias en torno a la singularidad, el punto en el que se concentra en unos pocos kilómetros de diámetro la masa del Sol. Sin embargo, el investigador de la Universidad de California en Santa Bárbara Joseph Polchinski y algunos colaboradores propusieron que la entrada en el horizonte de suceso de un agujero negro solo sería posible en agujeros negros jóvenes. A partir de un determinado momento en la vida del agujero negro, cuando ya hubiese radiado buena parte de su masa, esa frontera se convertiría en una especie de cortafuegos que destruiría todos los objetos que fuesen a entrar en él.

La controversia que ahora se ha reavivado tiene su origen a mediados de los 70. Hasta ese momento, se afirmaba que toda la luz y la materia que caía en un agujero negro, y con ellos la información que contenían, desaparecía para siempre. Sin embargo, el físico británico Stephen Hawking argumenta que estos objetos se evaporan poco a poco, emitiendo calor en el proceso. El problema es que, según su hipótesis, esa radiación térmica no contenía la información que se había colado en el sumidero cósmico sugiriendo que ésta se perdería para siempre. Esta propuesta implicaba la necesidad de reformar la mecánica cuántica, una idea que sin duda iba a encontrar oposición.

"Gerard t’Hooft [holandés, nobel de Física de 1999] lidera la resistencia cuántica y propone a principios de los 90 el principio holográfico según el cual el horizonte de sucesos del agujero negro contiene toda la información para reconstruir su interior", explica José L. Fernández-Barbon, investigador del Instituto de Física Teórica (IFT) (UAM/CSIC). Junto a t’Hooft, el profesor de la Universidad de Stanford Leonard Susskind también trató de buscar, como él mismo dijo, una manera de "hacer el mundo seguro para la mecánica cuántica". Su propuesta para lograrlo era el principio de complementariedad de horizontes.

Según este planteamiento, "el interior del agujero negro y el exterior no son dos lugares independientes, sino que son duales, como el carácter de onda/partícula en mecánica cuántica [la luz puede ser al mismo tiempo una partícula que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa y una onda que se extiende en el espacio con una velocidad definida y sin masa]". "Así", continúa Fernández-Barbon, "para el observador externo el horizonte está caliente, pero para el observador interior está vacío, y ambas experiencias son consistentes porque no pueden ser experimentadas por un mismo observador". "La idea es que en esa especie de paradoja, si estoy mirando el agujero negro desde fuera, los objetos que caen a su interior parece que se quedan congelados en el horizonte, termalizan y salen con la radiación. Pero si me caigo yo, parece que no hay nada en el horizonte y no hay nada hasta que llego a la singularidad"”, explica.

FÍSICOS QUE SE APUESTAN ENCICLOPEDIAS

A finales de 1997, el físico argentino Juan Maldacena propuso un modelo matemático que daba solidez formal a los planteamientos de t’Hooft y Susskind. Con todos estos argumentos en su contra y su propio análisis, Stephen Hawking reconoció años después, en 2004, que había perdido y que la mecánica cuántica aún estaba segura. Hawking pagó incluso una apuesta que había hecho en torno a esta polémica con John Preskill, del Instituto Tecnológico de California (Caltech). En 1997 se había jugado una enciclopedia junto a Kip Thorne, también de Caltech, a que la información se perdía dentro del agujero negro. Preskill, que opinaba lo contrario, recibió como vencedor una enciclopedia "de la que la información se recupera con facilidad".

En la nueva batalla abierta por Polchinski, ya han aparecido opositores como sucedió en la etapa de Hawking. Uno de ellos es Kyriakos Papadodimas, un físico de la Universidad de Groninga con quien Fernández-Barbon trajo hace unos meses, para participar en unas conferencias en el IFT, la segunda guerra de los agujeros negros a España. Papadodimas también ha realizado su propuesta para explicar qué le sucedería a un observador que cae en un agujero negro, y sus resultados pueden ser una alternativa para no soliviantar los principios de la teoría de Einstein. Porque para Papadodimas, según explica en un artículo publicado en Arxiv, un viajero cayendo en un agujero negro no notaría nada hasta ser desgarrado en la singularidad. Y todo sucedería manteniendo el principio de conservación de la información que reclama la física cuántica sin recurrir a cortafuegos ni a bolas de pelos vibrantes.

Esta era al menos la postura que Papadodimas cuando visitó España la pasada Navidad. A partir del 21 de marzo, se encontrarán en Ginebra Polchinski, Maldacena, Papadodimas, Fernández-Barbon y muchos otros teóricos que buscan en los agujeros negros la resolución de algunos de los problemas más complejos de la física. Una teoría consistente podría servir para dejar descansar el problema durante una temporada, pero la confirmación teórica parece lejana. Un agujero negro del tamaño de un protón tendría la masa de una montaña y tardaría en evaporarse tanto como la edad del universo. Para que un agujero negro de los más pequeños que se conocen alcanzase la edad necesaria para formar el cortafuegos que propone Polchinski debería pasar una cantidad de tiempo casi imposible de imaginar.

Autor:   Daniel Mediavilla



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