Los agujeros de gusano podrían ayudar a resolver la paradoja de la información de los agujeros negros

Uno de los desafíos más grandes que enfrenta la física moderna es la llamada Paradoja de la Información de los agujeros negros. La relatividad general nos dice que nada que cruce el horizonte de sucesos puede escapar, pero la mecánica cuántica indica que deberían emitir radiación y eventualmente evaporarse por completo. La pregunta es, ¿qué pasa con la información? Un nuevo estudio dice que los agujeros de gusano ayudan a arrojar luz sobre el misterio de lo que sucede con la información sobre la materia consumida por los agujeros negros.

Ilustración de un agujero de gusano (Crédito: Mark Garlick/Biblioteca de fotos de ciencia).

Un agujero de gusano se entiende como un puente que conecta regiones distantes del Universo. Nunca hemos detectado uno, por lo que hasta ahora sigue siendo únicamente un planteamiento o una predicción matemática. Lo que los investigadores sugieren en estas estructuras es, básicamente una ruta de escape para la información.

Bajo el enfoque tradicional los agujeros negros son regiones del espacio-tiempo sumamente densas donde nada, absolutamente nada puede escapar. Ni siquiera la luz. El problema es que esto nos dice muy poco sobre estos objetos. En la década de 1970 el profesor Stephen Hawking descubrió que los agujeros negros deberían emitir radiación al considerar la mecánica cuántica.

«Esto se llama evaporación del agujero negro porque el agujero negro se encoge, al igual que una gota de agua que se evapora», explica Kanato Goto, del RIKEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences.

Muchos físicos defienden que la información de alguna manera se conserva, codificada en algún tipo de radiación. Para averiguarlo entra en juego la entropía, que mide cuánta información se pierde desde la perspectiva de alguien fuera del agujero negro. En 1993, el físico Don Page calculó que, si no se pierde información, la entropía crecerá inicialmente, pero se reducirá a cero a medida que desaparezca el agujero negro. No obstante, al combinar la interpretación de la mecánica cuántica y relatividad hacen que la entropía crezca a medida que el agujero negro se evapora, lo que lleva a la pérdida de al menos algo de información.

Esto nos conduce a una paradoja. Si eventualmente el agujero negro se evapora por completo, también debería hacerlo la información que contiene. Solo que eso contradice a un dicho fundamental en la mecánica cuántica: que la información no puede desaparecer del Universo.

Parece que, si se combina la mecánica cuántica con la descripción estándar de un agujero negro en la relatividad general, simplemente no funciona. Aunque también podría estar equivocado. La entropía crece continuamente a medida que el agujero negro se encoge, lo que indica que se pierde información.

En el nuevo estudio los físicos plantean una solución explorando cómo los agujeros negros imitan a los agujeros de gusano, proporcionando una vía de escape para la información, de este modo evitar romper las leyes fundamentales de la física cuántica. No se trata de un agujero de gusano en el mundo real, sino de una forma de calcular matemáticamente la entropía de la radiación, dijo Goto. «Un agujero de gusano conecta el interior del agujero negro y la radiación del exterior, como un puente».

«Descubrimos una nueva geometría del espacio-tiempo con una estructura similar a la de un agujero de gusano que se había pasado por alto en los cálculos convencionales», afirma Goto. «La entropía calculada utilizando esta nueva geometría da un resultado completamente diferente».

Los resultados coincidieron con la curva de entropía de Page, lo que indica que de la información se conserva después de todo. Pero esto no significa que el trabajo está terminado, es obvio que aún quedan preguntas y la paradoja seguramente tiene debate para rato.

«Todavía no conocemos el mecanismo básico de cómo la información es transportada por la radiación», dice Goto. «Necesitamos una teoría de la gravedad cuántica».

Los hallazgos aparecen en Journal of High Energy Physics.

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