La última investigación de Stephen Hawking afirma que los agujeros negros almacenan información en pelo suave

Una de las pérdidas más sonadas de la comunidad científica fue la de Stephen Hawking, quien falleció en marzo de este año. Sin embargo, las contribuciones que Hawking y sus colegas realizaron durante los últimos 40 años son un paso importante en la comprensión de uno de los problemas más elusivos de la física actual: la paradoja de la información.

En el estudio Black Hole Entropy and Soft Hair, Hawking y el doctor Malcolm Perry, ambos adscritos a la Universidad de Cambridge, trataron nada menos que de reconciliar la relatividad general de Einstein con la física cuántica.

Según Albert Einstein, la gravedad aparece en el universo cuando la materia “dobla” el espacio-tiempo. Einstein también argumentó que un agujero negro tiene tres características: masa, carga y espín, en una época en que los agujeros negros parecían más ciencia ficción que astrofísica real.

Algunas décadas después, Hawking añadió una nueva característica según sus propias observaciones: la temperatura. El problema aparece porque, cuando un objeto entra en el horizonte de eventos del agujero negro, parece que el objeto desaparece o es destruido; sin embargo, según las leyes de la física cuántica, la información contenida en los objetos no puede desaparecer, incluso si el agujero negro se evapora.

¿Entonces, a dónde va esa información?

La paradoja de la información: a dónde van los objetos absorbidos por agujeros negros

De acuerdo con Perry, la mecánica clásica (la física de los objetos macroscópicos) puede predecir el futuro en una medida bastante razonable: si lanzas una pelota, puedes saber con certeza dónde aterrizará, siempre y cuando conozcas su posición inicial y su velocidad. Sin embargo, para el universo cuántico, esta física se enfrenta con la indeterminación: la imposibilidad de poder hacer predicciones razonables acerca de objetos tan pequeños como los átomos y los electrones.

En la mecánica cuántica, sólo pueden conocerse probabilidades: en el ejemplo de la pelota, no podría conocerse su trayectoria precisa, sino la probabilidad de sus posibles trayectorias. Una de las contribuciones de Hawking fue notar que la física de los agujeros negros rompe muchas de las leyes físicas aceptadas.

Pero un agujero negro es un objeto físico, aunque su particularidad es que su masa es millones de veces mayor que la de nuestro sol. La manera en que los cuásares se alimentan de los objetos absorbidos por los agujeros negros, por ejemplo, ha sido un campo de exploración sumamente reciente, pero aún no sabemos si tales objetos se pierden por completo. Lo que nos lleva de vuelta a la paradoja de la información.

Perry y Hawking utilizan el cabello como ejemplo para ilustrar esta paradoja en su investigación: podemos distinguir a las personas por el tipo de cabello que tienen. Así, el tipo de “pelo” o huella calórica de las estrellas, cometas y otros cuerpos celestes permite distinguir unos de otros. Pero un agujero negro parece estar “calvo”, porque hasta hace poco no se sabía cómo medir su temperatura.

Ahora bien: las investigaciones del equipo de Hawking demostraron en el año 2016 que los agujeros negros no son calvos del todo, es decir, que su entropía puede calcularse. En términos simples, cualquier objeto con temperatura tiene entropía. Esta puede definirse como “una medida de cuántas formas diferentes puede conformarse un objeto en sus ingredientes microscópicos y verse igual”, según Perry.

Esto los llevó al descubrimiento de que “los agujeros negros tienen una colección infinita de lo que llamamos ‘pelo suave’ [soft hair]. Este descubrimiento nos permite cuestionar la idea de que los agujeros negros llevan a la ruptura de las leyes de la física”.

El “pelo suave” de los agujeros negros

Este “pelo suave” es una fina capa de fotones, la cual puede tener la capacidad de “grabar” lo que pasa por ahí, de manera que aunque el agujero negro se evapore, la información de lo que ha sido absorbido quede almacenada en esa zona.

La temperatura de un objeto no es más que radiación termal, y para los agujeros negros, la fórmula de esta temperatura se conoce como “temperatura de Hawking”.

En la última investigación de Hawking se describe una manera de calcular la entropía de los agujeros negros, lo cual, expuesto en términos más simples, hará que en el futuro sea posible “recuperar” la información de lo que ha sido absorbido en un agujero negro, así como encontrar una teoría de la gravedad que sea compatible con la mecánica cuántica.

A decir de Malcolm Perry:

Stephen [Hawking] perseguía ideas que esperaba que pudieran llevar a la unificación de la gravitación con las otras fuerzas de la naturaleza en una forma que pudiera unir las ideas de Einstein con las de la teoría cuántica. Nuestro trabajo sobre los agujeros negros ilumina de alguna forma este rompecabezas. Tristemente, Stephen no está más con nosotros para compartir nuestra emoción por la posibilidad de resolver estos problemas.