LA PARADOJA DE LOS AGUJEROS NEGROS
Muy Interesante España|Diciembre 2021
Se nos ha dicho que nada puede escapar de la intensa gravedad de un agujero negro. Aun así, hace cinco décadas, Stephen Hawking planteó que podrían liberar información, una aparente contradicción que los expertos siguen debatiendo y que pone en duda nuestra comprensión de la realidad.
PAUL DAVIES

Los agujeros negros podrían no serlo tanto. Las partículas cuánticas que surgen cerca de su horizonte de sucesos y son irradiadas harían que brillasen débilmente.

Cuando vemos un vídeo de una escena al revés nos hace gracia porque nos resulta absurda. Podemos distinguir fácilmente el pasado del futuro, y solo vemos procesos que parecen ir de uno a otro. Sin embargo, este hecho evidente de nuestra existencia –lo que llamamos la flecha del tiempo– para los físicos es un misterio. Las leyes físicas que sustentan el mundo cotidiano son simétricas en el tiempo. Son reversibles, funcionan igual de bien hacia atrás que hacia delante.

Pero el interior de los agujeros negros nos ofrece una nueva perspectiva sobre este asunto. Hace casi medio siglo, Stephen Hawking hizo un sorprendente descubrimiento sobre estos monstruos, convocados a la existencia por la relatividad general, la teoría de la gravedad de Albert Einstein. Su hallazgo implicaba que los agujeros negros rompen la simetría temporal fundamental de la física, al destruir la información e impedir, incluso teóricamente, la inversión de una secuencia de acontecimientos desde el futuro hacia el pasado. Esto, que se conoce como la paradoja de la información de los agujeros negros, pone de manifiesto una profunda desconexión entre la relatividad general y otro gran pilar de la física moderna, la teoría cuántica. Es más, se interpone en el camino de un sueño largamente acariciado: una teoría que una ambas.

Recientemente, se ha afirmado que la paradoja está cerca de resolverse. Personalmente, no estoy tan seguro. Pero los vaivenes en esta ya larga historia siempre han deparado sorpresas, con posibles enormes consecuencias en nuestra búsqueda de una mejor comprensión del funcionamiento del mundo en su nivel más básico.

Para ver la esencia del problema, imaginemos una caja dividida en dos por una membrana, con oxígeno en un lado y nitrógeno en el otro. Si se retira la membrana, se difunden el uno en el otro, en lo que parece una transición irreversible: no se podría deducir mirando una mezcla uniforme de ambos cuál era su estado inicial.

Pero si, por arte de magia, conociéramos cada detalle de cada molécula, podríamos utilizar las leyes reversibles de la física para trabajar hacia atrás hasta llegar a ese estado. A nivel molecular, la flecha del tiempo no parece existir. El físico John Wheeler, que acuñó el término agujero negro, lo expresó de una forma meridiana: “Si le preguntases a un átomo por la flecha del tiempo, se reiría en tu cara”, escribió.

En nuestra experiencia cotidiana, todos los acontecimientos, desde el big bang, siguen lo que se conoce como flecha del tiempo, y que, en esencia, supone que a unos sucesos les continúan otros. Pero a escala molecular esta no parece existir, y, en teoría, con la información suficiente, podrían revertirse.

PERCIBIMOS UNA VISIÓN MACROSCÓPICA DEL MUNDO, EN LA QUE ESTOS DETALLES moleculares quedan esencialmente desdibujados. En esta imagen, desarrollada en el marco de las investigaciones termodinámicas del siglo XIX, la citada flecha del tiempo es un fenómeno secundario. Depende de las limitaciones de nuestros sentidos, lo que la hace aparentemente subjetiva.

Pero entonces entraron en escena los agujeros negros. La característica que los define es su horizonte de sucesos, el límite dentro del cual la gravedad es tan fuerte que ni la luz puede escapar. Como nada puede ir más rápido que esta, todo lo que cruza el horizonte de sucesos se pierde irremediablemente para el universo exterior.

Al menos, eso es lo que se desprende de una simple lectura de la relatividad general. Esta también dice que en el corazón de un agujero negro se esconde una singularidad, esto es, un borde o límite infinitamente deformado del espacio-tiempo en el que se rompen las leyes de la física. Así, toda la materia que choca con una singularidad –y, sobre todo, toda la información codificada en esa materia, como por ejemplo cómo se distribuyen las moléculas de una nube de gas– debe desaparecer del espacio-tiempo.

La sutil radiación que se produce cerca de los agujeros negros absorbe su energía y hace que se encojan progresivamente

SE TRATA DE UN DESAFÍO A LA PERSPECTIVA TRADICIONAL SOBRE EL TIEMPO Y LA IRREVERSIBILIDAD. Comparemos el destino de una enciclopedia lanzada a un agujero negro con el de otra que metiéramos en un aparato incinerador. En este último caso, si conociéramos el estado exacto de cada molécula y cada fotón irradiado en forma de calor, se podría, en principio, pasar la película hacia atrás y recuperar la información contenida en la mencionada enciclopedia. No es así con un agujero negro. En él, la pérdida de información parece ser absoluta y objetiva: no hay botón de rebobinado.

Aunque la materia y la energía quedan subyugadas por la gravedad de los agujeros negros –en la imagen, el que ocupa el centro de la galaxia M87–, cerca de su horizonte de sucesos se produce un peculiar tipo de emisión, hoy conocida como radiación de Hawking.

Sin embargo, la perplejidad aumentó a principios de 1974, cuando Stephen Hawking pronunció una famosa conferencia en lo que ahora es el Laboratorio Rutherford Appleton, cerca de Oxford, en el Reino Unido. Yo estaba allí. Hawking anunció que los agujeros negros no son totalmente negros, sino que brillan débilmente, debido a los efectos de las partículas cuánticas que surgen del vacío cerca de su horizonte de sucesos y son irradiadas. El proceso de emisión de la llamada radiación de Hawking absorbe lentamente la energía del agujero negro, por lo que este se encoge gradualmente durante un inmenso período de tiempo.

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