(Agujeros) negros, juegan y ganan

Octavi López Coronado / 14-06-2005

Lo dijo el verano pasado un editor de libros sobre ciencia: “Hawking ha demostrado que la información no se pierde en los agujeros negros, y eso para mí es muy importante, ¡yo vivo de la información!”. Todos sabemos lo que es un agujero negro. Todos menos los físicos. Hace un par de meses incluso hubo uno de ellos, George Chapline, que publicó un artículo en el que ponía en duda su existencia. Más que ponerla en duda, el científico dedujo que no pueden existir. Chapline aseguraba que el colapso de las estrellas masivas, que hasta la fecha se había pensado que generaba agujeros negros, conduce en realidad a la formación de estrellas que contienen energía oscura, posiblemente la energía responsable de la expansión acelerada del Universo.

Un agujero negro es el resultado final de la vida de una estrella con más de ocho veces la masa del Sol. Cuando se agota su combustible, la masa se contrae bajo su propio peso. Puede llegar a estar tan apelotonada que, hasta una cierta distancia del centro, la velocidad necesaria para poder escapar de su atracción gravitatoria puede ser mayor que la velocidad de la luz. Llegados a ese extremo, ni siquiera la luz puede escapar y por ello se denomina agujero negro. La única información que podemos obtener sobre un objeto de esas características es su masa, su carga eléctrica y su giro. Estas magnitudes se deducen estudiando su efecto sobre los objetos que tiene cerca, porque no se puede observar directamente. En una visión clásica del asunto, la luz, la materia y la información que lo atraviesa se pierden para siempre, ya que el agujero negro permanece siempre ahí, engordando y engordando.

Sin embargo, hace ya treinta y cinco años, tras introducir la mecánica cuántica en la descripción de los agujeros negros, Stephen Hawking dedujo que emiten radiación y que, por lo tanto, a la larga pierden masa y acaban desapareciendo. El argumento se origina al deducir qué sucede cuando, espontáneamente, un par de partícula y antipartícula se crea a partir de una fluctuación cuántica, en el mismo borde de un agujero negro. Esto es algo que sucede continuamente en todas partes: pares de partícula y su correspondiente antipartícula se crean espontáneamente de la nada, tienen una vida efímera, y se vuelven a fundir para extinguirse del Universo. Sin embargo, cuando esto sucede en el mismo borde del agujero negro, en la zona que los físicos llaman el “horizonte de sucesos”, una de las dos partículas del par puede escapar de la influencia gravitatoria mientras la otra cae inexorablemente en el interior del agujero negro. Esas partículas constituyen la radiación de Hawking e implican esa evaporación del agujero negro que terminará por extinguirlo.

Parte de la información sobre el estado del par de partículas que se creó en el horizonte del agujero negro desapareció hacia su interior con la partícula absorbida, pero si al cabo del tiempo el agujero se puede evaporar, desaparecer, extinguir... entonces ¿a dónde va esa información absorbida? Según la mecánica cuántica, la información no puede desaparecer, de modo que lo que prevé esta teoría es que la información podrá ser recuperada del interior del agujero negro en algún momento. Pero la teoría de Hawking, basada en la mecánica cuántica, implicaba que al final de la historia, una vez el agujero negro se hubiese desintegrado por completo, la información se perdería para siempre. Esta contradicción (partiendo de una teoría se llega a una conclusión que la contradice), se llama “Paradoja de la Información Perdida de los Agujeros Negros”. Desde su formulación, en 1975, numerosos físicos se han afanado en solucionarla, pero no lo han conseguido.

¿Quién podía hacerlo? La misma persona que la formuló, el profesor Hawking, quien presentó la solución en la 17ª Conferencia sobre Relatividad General y Gravitación que tuvo lugar en Dublin en julio de 2004. La fama de Hawking consiguió que un congreso científico especializado en uno de los campos más obtusos de la física matemática se convirtiese en un fenómeno de masas. Según explica el físico teórico John Baez en su blog (que, por cierto, lleva escribiéndola desde casi antes de que sus colegas experimentales inventasen la world wide web), los organizadores del congreso tuvieron que dedicar una buena parte del presupuesto en contratar una empresa de relaciones públicas y de comunicación para gestionar todo lo que conlleva la presencia de un científico tan mediático.

Hawking planteó el problema de la paradoja de la manera más simple posible: considerando una situación inicial consistente en un estado cuántico puro, es decir, con sus características bien determinadas, que se colapsará formando un agujero negro; y una situación final consistente en el estado cuántico después de que el agujero negro se haya desintegrado. Hawking hizo una apuesta sobre el tema con el físico Kip Thorne, del CalTech, quien estaba de su parte, y contra el físico John Preskill, del mismo centro norteamericano. Si se podía demostrar que el estado cuántico final era un estado puro, es decir, que no se perdía información después de todo el proceso, entonces ganaba Preskill. En cambio, si el estado final era una superposición de estados, es decir, un estado en el que no se sabe a ciencia cierta cuál es alguna de sus propiedades hasta que no se realiza una medida, con la consecuente pérdida de información, la apuesta la ganaban Hawking y Thorne. El premio: una enciclopedia a escoger por el ganador “de la cual se puede recuperar la información a voluntad”.

Lo que anunció Hawking en Dublin es que había perdido la apuesta: el estado final podía ser de nuevo un estado cuántico puro, lo que implica que en los agujeros negros reales, durante el período de evaporación, la información de su interior va escapando con la radiación Hawking. Para llegar a esa conclusión, afirmaba en su conferencia, la clave está en incluir en el cálculo de la situación final todas las evoluciones posibles de las situaciones intermedias, con todas las “formas” posibles del agujero negro. Entre ellas, la situación en la que éste ni siquiera se ha formado. Se trata de un tipo de cálculo ideado por el físico Richard Feynman a mediados del siglo pasado: el estado final de un sistema cuántico es la suma de todas las historias posibles.

Una de las consecuencias de esto, advirtió Hawking a los escritores de ciencia ficción, es que los agujeros negros no podrán ser utilizados para viajar a otros universos.

La escenificación de la apuesta tuvo lugar en la misma sesión del congreso, y consistió en regalar a Preskill una edición recién salida del horno de la enciclopedia Total Baseball: The Ultimate Baseball Encyclopedia, de siete kilos de peso y 2.688 páginas, que había sido enviada por avión desde Nueva York a Dublin durante la noche anterior. Fue un segundo momento de gloria para esa enciclopedia, que ya fue empleada por Bill Clinton como presidente de los EE.UU como regalo al presidente de China en 1998.

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El autor

Octavi López Coronado es Doctor en Física y divulgador científico. Actualmente trabaja como técnico de Comunicación Científica en el Área de Comunicación de la Universitat Autònoma de Barcelona.

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