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Paradoja de la pérdida de información en agujeros negros

Black Hole Sagittarius A* and Supernova Remnant Sagittarius A East (NASA, Chandra, 02/01/01)La «paradoja de la pérdida de la información» de los agujeros negros – un problema de la física por casi 40 años – puede no existir. Eso es lo que algunos físicos han argumentado durante años: que los agujeros negros son las bóvedas finales, entidades que chupan en información y luego se evaporan sin dejar ninguna pista en cuanto a lo que  contenían. Un nuevo estudio de la Universidad de Buffalo (EE.UU.) encuentra que – contrariamente a lo que algunos físicos han argumentado a favor de los años – la información no se pierde una vez que ha entrado en un agujero negro. La investigación presenta cálculos explícitos que muestran cómo la información es, de hecho, conservada. «De acuerdo con nuestro trabajo, la información no se pierde una vez que entra en un agujero negro», dice Dejan Stojkovic, PhD, profesor asociado de física en la Universidad de Buffalo. «No sólo desaparecen.»

El nuevo estudio de Stojkovic, «La radiación de un objeto que se derrumba es manifiestamente Unitaria», apareció el 17 de marzo en la revista Physical Review Letters, con el estudiante de doctorado UB Anshul Saini como coautor. El documento describe cómo las interacciones entre las partículas emitidas por un agujero negro pueden revelar información sobre lo que hay dentro, como las características del objeto que formó el agujero negro, para empezar, y las características de la materia y la energía internas.

Este es un descubrimiento importante, afirma Stojkovic, porque incluso los físicos que creían que la información no se perdía en los agujeros negros, han luchado por demostrar, matemáticamente, cómo sucede esto. En su nuevo trabajo se presentan los cálculos explícitos que demuestran cómo se conserva la información.

La investigación marca un paso significativo hacia la solución de la «paradoja de la pérdida de la información», un problema que se planteó hace casi 40 años, desde que Stephen Hawking propuso por primera vez que los agujeros negros pueden emitir energía y se esta evapora con el tiempo. Esto planteaba un gran problema para la física, porque significaba que la información dentro de un agujero negro podría perderse permanentemente cuando el agujero negro desapareciera – una violación de la mecánica cuántica, que establece que la información debe ser conservada.

Información oculta en las interacciones de partículas

En la década de 1970, Hawking propuso que los agujeros negros eran capaces de emitir partículas radiantes, y que la pérdida de energía a través de este proceso impulsaría a los agujeros negros a encogerse y finalmente desaparecer. Hawking llegó a la conclusión de que las partículas emitidas por un agujero negro no  proporcionarían pistas sobre lo que había dentro, lo que significa que cualquier información que se encuentre dentro de un agujero negro se pierde por completo una vez que la entidad se evapora.

Aunque Hawking dijo más tarde que se había equivocado y que la información podría escapar de un agujero negro, el tema de si y cómo es posible recuperar información de un agujero negro ha seguido siendo un tema de debate.

Nuevo estudio de Stojkovic y de Saini ayuda a aclarar la historia

En lugar de mirar solo a las partículas que un agujero negro emite, el estudio también tiene en cuenta las sutiles interacciones entre las partículas. De esta manera, la investigación concluye que es posible para un observador fuera de un agujero negro recuperar información acerca de lo que hay dentro.

Las interacciones entre partículas pueden variar desde atracción gravitacional al intercambio de mediadores, como los fotones, entre las partículas. Tales «correlaciones» Desde hace tiempo se sabe que existen, pero muchos científicos las han considerado en el pasado como poco importantes.

«Estas correlaciones fueron a menudo ignoradas en los cálculos relacionados, ya que se pensaba que eran pequeñas e incapaces de mostrar una diferencia significativa», dice Stojkovic. «Nuestros cálculos explícitos muestran que aunque las correlaciones comienzan muy pequeñas, crecen en el tiempo y se vuelven lo suficientemente grandes como para cambiar el resultado.»

Fuente: THE DAILY GALAXY

Paradoja de Hawking, ¿Los agujeros negros destruyen todo rastro de información?

Excelente documental en español, con alguno tintes de la vida de Stephen Hawking; pero sobre todo explicando cómo funciona la ciencia. Se propone una explicación a un fenómeno de la naturaleza, se analiza las implicaciones que tiene esa idea, se corrige o se cambia por una explicación que funcione mejor.

Hologramas, agujeros negros, y la naturaleza del Universo

Actualidad Informática. Hologramas, agujeros negros, y la naturaleza del Universo. Rafael Barzanallana

 

¿Cree que sabe lo que son los hologramas? Piense otra vez.  hasta hace poco tiempo limitados ocasionalmente a las tarjetas de crédito, tarjetas postales, y portada de la revista, los hologramas se están tomando en consideración en entornos cósmicos dando lugar a una nueva hipótesis llamada el principio holográfico.

El principio holográfico, simplemente, es la idea de que nuestra realidad tridimensional es una proyección de la información almacenada en una lejana superficie de dos dimensiones. Al igual que el emblema que aparece en su tarjeta de crédito, la superficie de dos dimensiones contiene toda la información que se necesita para describir un objeto tridimensional, en este caso, nuestro universo. Sólo cuando se ilumina  nos revela una imagen tridimensional.

Esto plantea una serie de preguntas: Si nuestro universo es una proyección holográfica, entonces ¿dónde está la superficie bidimensional que contiene toda la información que describe? Qué  «ilumina»  la superficie? ¿Es más o menos real  nuestro universo? ¿Y qué podría motivar a los físicos a creer en algo tan extraño? La respuesta a la pregunta final tiene que ver con los agujeros negros, que resultan ser los dispositivos  finales de almacenamiento de información del universo. Pero para entender por qué, vamos a tener que hacer un viaje hasta el mismo borde de un agujero negro.

No importa que agujero negro elijamos, ya que todos se comportan esencialmente la misma forma. Sólo unas pocas cualidades los distinguen: masa, carga eléctrica, y momento angular. Una vez que un observador sabe  estas tres magnitudes acerca de un agujero negro, sabe todo lo que puede ser conocido. Si el agujero negro contiene los restos de un millar de estrellas muertas, o todos los calcetines perdidos de cada lavandería de la galaxia, si se trata de mil millones de años de edad o nació ayer, toda esta información se pierde y es de difícil acceso en un agujero negro. No importa lo que está dentro de un agujero negro o cómo esas entrañas están dispuestas, en cada agujero negro se «ve» exactamente lo mismo.

Esta extraña cualidad de los agujeros negros da algo que los físicos llaman entropía máxima. La entropía se describe el número de maneras diferentes en que se pueden reorganizar los componentes de  «un sistema» y que todavía  parezca esencialmente el mismo. Las páginas de una novela, como Brian Greene señala, tienen una entropía muy baja, porque tan pronto como una página está fuera de lugar, se tiene un libro diferente. El alfabeto tiene una baja entropía. Un cubo de arena, por otro lado, tiene alta entropía. Cambiar un grano por otro grano, nadie notaría la diferencia. Los agujeros negros,  parecen iguales, no importa lo que se ponga en ellos o cómo se mueven, tienen la más alta entropía de todo.

La entropía es también una medida de la cantidad de información que se necesitaría para describir un sistema completamente. La entropía de los objetos comunes de la gente, baldes de arena, recipientes de gas, es proporcional a su volumen. Duplicar el volumen de un globo de helio, por ejemplo, su entropía aumentará por un factor de ocho. Pero en la década de 1970, Stephen Hawking y Bekenstein Jacob descubrieron que la entropía de un agujero negro obedece a una regla de escala diferente. Es proporcional, no al volumen tridimensional del agujero negro, sino a su superficie bidimensional, definido aquí como el área de la frontera invisible llamado el horizonte de eventos. Por lo tanto, mientras que la entropía real de un objeto ordinario -digamos, una hamburguesa- escala con su volumen, la entropía máxima que teóricamente podría estar contenida en el espacio ocupado por la hamburguesa no depende del volumen de la hamburguesa, sino del tamaño del área de su superficie. La física impide que la entropía de la hamburguesa sea  superior a la máxima: si se trata de alguna manera de aumentar la entropía en la hamburguesa que había llegado a ese límite, la hamburguesa se vendría abajo en un agujero negro.

La conclusión ineludible es que toda la información que se necesita para describir un objeto tridimensional -un agujero negro, una hamburguesa, o de todo un universo- se puede expresar en dos dimensiones. Esto sugiere a los físicos que la profunda descripción de nuestro universo y sus partes, la teoría fundamental de la física debe ser reducida a dos dimensiones espaciales, no tres. Lo que nos lleva de nuevo al holograma.

Los teóricos se sintieron intrigados por la idea de que un conjunto paralelo de leyes físicas, que operan en un menor número de dimensiones, podría ser capaz de describir completamente nuestro universo. Sin embargo, sondeando la idea matemática de nuestro propio universo era demasiado desalentador, por lo que los físicos empezaron con un universo «juguete»  que es mucho más simple que el universo en que vivimos: un universo con cuatro dimensiones espaciales más el tiempo, curvado en forma de una silla de montar. En 1997, el físico teórico Juan Maldacena mostró que la descripción matemática de este universo era idéntica a la descripción de un tipo diferente de universo, con tres dimensiones espaciales, una dimensión de tiempo, y sin la  gravedad. El descubrimiento de Maldacena fue la primera realización concreta del principio holográfico, y también hizo el trabajo más fácil para los teóricos, que ahora tenían dos métodos disponibles para cada problema matemático difícil: Se puede optar por expresar el problema en las matemáticas de las cinco dimensiones, universo con gravitación, o podrían optar por la versión de cuatro dimensiones, libre de la gravedad.

Nada de esto se suma a «probar» que vivimos en un holograma, pero sí a contribuir a un cuerpo de evidencia circunstancial que sugiere que las leyes de la física, de hecho, pueden ser escritas en un menor número de dimensiones de las que experimentamos. Eso, combinado con la utilidad matemática del principio holográfico, es motivación suficiente para muchos físicos. Las preguntas con las que comenzamos este viaje -¿dónde está la superficie en la que nuestro universo está inscrito? ¿Qué lo ilumina? Es una versión del universo más «real» que otra?- Siguen sin resolverse. Pero si el principio holográfico es correcto, puede que tengamos que enfrentarnos a la idea de que nuestro universo es una especie de fantasma cósmico, que la acción real está ocurriendo en otros lugares, en un límite que aún no han comenzado a asignarse.

Ampliar en:

FQXi: The Holographic Universe
Alex Maloney investigates the holographic principle.

Scientific American: The Holographic Principle
A brief introduction to the holographic principle.

University of California Television: The World as a Hologram
In this video, theoretical physicist Raphael Bousso provides an introduction to the holographic principle.

Fuente: PBS

Hoy cumple 70 años el científico Stephen Hawking

Actualidad Informática. E. Hawkins cumple 70 años. Rafael BarzanallanaEl físico Stephen Hawking no está en la actualidad suficientemente bien como para asistir a la celebración de su cumpleaños número 70. Hawking tiene la enfermedad de  Lou Gehrig o enfermedad neurona  motora, fue diagnosticado cuando tenía 21 años. Conocido por su trabajo sobre los agujeros negro y sus libros superventas (Breve Historia del Tiempo, El Universo en una Cáscara de Nuez), Hawking también ha hecho algunas declaraciones notable a través de los años.

La nueva sección de Ciencia de Huffington Post enumera algunas de sus frases célebres:

• Las personas que hacen alarde de su coeficiente intelectual son los perdedores.
• Un modelo (científico) es un buen modelo si en primer lugar interpreta un amplio rango de observaciones de forma simple y elegante y en segundo lugar si el modelo permite hacer predicciones definidas que pueden ser probadas o descartadas mediante la observación.
• Creo que el universo se creó espontáneamente a partir de la nada según las leyes de la ciencia. No tiene principio ni fin.
• Se observa que el universo se expande a un ritmo creciente. Se expandirá siempre, haciéndose más vacío y oscuro. A pesar de que no tiene fin comenzó en el Big Bang. Podemos preguntarnos qué había antes, pero la respuesta es que no hay nada antes del Big Bang de la misma manera en que no hay nada al sur del Polo Sur.
• Somos el producto de las fluctuaciones cuánticas en un universo muy joven.
• Si alguna vez encontramos una teoría completa del universo será un gran logro de la razón humana pero nos quedará poco por hacer. Necesitamos un desafío intelectual.
• ¿Por qué los ovnis se aparecen solo a gente rara y excéntrica?
• Un guionista de Los Simpsons le dijo a mi hija Lucy que quería que yo apareciera en un episodio. Acepté de inmediato porque me pareció divertido y porque Los Simpsons es lo mejor de la televisión estadounidense»
• Mi objetivo es simple. Se trata de una completa comprensión del universo, ¿por qué es como es y por qué existe en absoluto.
• No creo que la raza humana sobrevivirá a los próximos mil años, a menos que se extendienda en el espacio. Hay muchos accidentes que le puede ocurrir la a vida en un solo planeta. Pero soy optimista. Vamos a llegar a las estrellas.
• Creo que los virus informáticos deben contar como vida … Creo que dicen algo sobre la naturaleza humana que la única forma de vida que hemos creado hasta ahora es puramente destructiva. Hemos creado la vida a nuestra propia imagen.
• Somos tan insignificantes que no puedo creer que el universo exista para nuestro beneficio. Eso sería como decir que desaparecería si yo cierro los ojos.
•  Solo somos una raza avanzada de monos en un planeta menor de una estrella muy normal. Sin embargo, podemos comprender el Universo. Lo que nos hace algo muy especiales.
• Lo que he hecho es mostrar que es posible que el comienzo del universo puede  ser determinado por las leyes de la ciencia. En ese caso, no sería necesario apelar a dios para decidir cómo comenzó el universo. Esto no prueba que dios no existe, sólo que dios no es necesario.

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