La paradoja de la información, simplificada

10/11/2011

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El horizonte de sucesos de un agujero negro es la última oportunidad definitiva: más allá de este límite nada, ni siquiera la luz, puede escapar. ¿Pero ese "nada" incluye a la propia información? Los físicos han pasado la mayor parte de las últimas cuatro décadas lidiando con la "paradoja de la información", pero ahora, un grupo de investigadores del Reino Unido, cree que puede ofrecer una solución.

Los investigadores han creado un modelo teórico para el horizonte de sucesos de un agujero negro que evita por completo el espacio-tiempo. Su trabajo también apoya una controvertida teoría, propuesta el año pasado, que sugiere que la gravedad es una fuerza emergente en lugar de una interacción fundamental universal.

Historia paradójica

La paradoja de la información surgió por primera vez en la década de 1970, cuando Stephen Hawking de la Universidad de Cambridge, basándose en un trabajo anterior de Jacob Bekenstein, de la Universidad Hebrea de Jerusalén, sugirió que los agujeros negros no son totalmente negros. Hawking demostró que los pares partícula-antipartícula generados en el horizonte de sucesos – en la periferia exterior de un agujero negro – se separan. Una partícula caería en el agujero negro, mientras que la otra escaparía, haciendo del agujero negro un cuerpo radiante.

La teoría de Hawking implica que, con el tiempo, un agujero negro finalmente se evaporaría, sin dejar nada. Esto presentó un problema para la mecánica cuántica, que dice que nada, incluyendo la información, puede perderse. Si los agujeros negros ocultan la información para siempre en sus singularidades, habría un error fundamental en la mecánica cuántica.

La importancia de la paradoja de la información llegó a un punto en 1997, cuando Hawking, junto con Kip Thorne, del Instituto de Tecnología de California (Caltech) en los EE.UU., hicieron una apuesta con John Preskill, también de Caltech. En ese momento, Hawking y Thorne creían que la información se perdía en los agujeros negros, mientras que Preskill pensaba que era imposible. Más tarde, sin embargo, Hawking admitió su derrota, diciendo que creía que la información retorna – aunque en un estado encubierto.

A finales del siglo, Maulik Parikh, de la Universidad de Utrecht en los Países Bajos, junto con Frank Wilczek, del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton en EE.UU., mostró cómo la información podría filtrarse desde un agujero negro. En su teoría, las partículas portadoras de información justo en el borde interior del horizonte de sucesos, podrían pasar a través de la barrera por el efecto túnel, siguiendo los principios de la mecánica cuántica. Sin embargo, esta solución también sigue siendo discutible.

El túnel a través de horizonte de sucesos

Ahora, Samuel Braunstein y Manas Patra, de la Universidad de York en el Reino Unido, creen haber formulado una teoría de tunelización que parece bastante más atractiva que la de Parikh y Wilczek. "No podemos decir que hayamos demostrado que es realmente posible escapar de un agujero negro", explican, "pero ésa es la interpretación más directa de nuestros resultados".

Normalmente, los teóricos que tratan con agujeros negros tiene que luchar contra las complejas geometrías del espacio-tiempo que surgen de la teoría de la gravitación Einstein – la Teoría de la Relatividad General. En su modelo, Braunstein y Patra dicen que el horizonte de sucesos es de naturaleza puramente mecánico cuántica, con bits del espacio cuántico de "Hilbert" pasando por un túnel a través de la barrera.

Los teóricos encontraron que incluso un modelo de tunelización tan simplificado puede reconstruir el espectro de radiación que se cree que emana de un agujero negro. Esto es distinto al modelo de creación de pares de Hawking, que lleva a la pérdida de información y siempre ha requerido muchos más detalles teóricos para funcionar. En pocas palabras, Braunstein y Patra dicen que la tunelización parece una característica intrínseca mucho más probable un agujero negro – así que, probablemente, la información no se pierde después de todo. Sus hallazgos se publican en el último ejemplar de la revista Physical Review Letters.

La profundidad de la gravedad

Hay todavía otra vuelta de tuerca más al trabajo de los investigadores. El año pasado, el teórico de cuerdas Erik Verlinde, de la Universidad de Amsterdam, basándose en el trabajo de Ted Jacobsen de la Universidad de Maryland en los EE.UU., presentó una idea especulativa sobre el origen de la gravedad. Según la propuesta de Verlinde, la gravedad no es una interacción fundamental, sino que surge del universo tratando de maximizar el desorden. La gravedad es, por tanto, una "fuerza entrópica" – una consecuencia natural de la termodinámica – tal y como se siente la fuerza sobre una goma estirada cuando las moléculas intentan escurrirse hacia estados desordenados.

Braunstein y Patra creen que su modelo de agujero negro favorece la propuesta Verlinde. Si la gravedad – por no hablar de la inercia o el espacio-tiempo – es una fuerza emergente, entonces no se utilizaría para descubrir el mecanismo básico de pérdida de información de los agujeros negros, que es lo que han demostrado los investigadores de York. "Esto no demuestra que Verlinde está en lo correcto, pero sí que su propuesta 'tiene base'", dice Braunstein a physicsworld.com.

Steve Giddings, físico especializado en gravedad cuántica de la Universidad de California en Santa Barbara, no cree que Braunstein y Patra hayan abordado "las preguntas más cruciales" de la propuesta de Verlinde. Sin embargo, dice que han propuesto otra pista de un importante vínculo entre la información cuántica y la gravedad. "Un desafío importante es descubrir si podemos dar una base más sólida a las ideas propuestas por Verlinde y otros", añade. "Ésta puede ser una pieza más del rompecabezas, pero no hemos terminado aún".

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