El agujero de gusano recién descubierto Permite Que la información Escape de los Agujeros Negros

En 1985, cuando Carl Sagan estaba escribiendo la novela Contacto, necesitaba transportar rápidamente a su protagonista, la Dra. Ellie Arroway, de la Tierra a la estrella Vega. La hizo entrar en un agujero negro y salir a años luz de distancia, pero no sabía si esto tenía algún sentido. El astrofísico y estrella de televisión de la Universidad de Cornell consultó a su amigo Kip Thorne, un experto en agujeros negros del Instituto de Tecnología de California (que ganó un Premio Nobel a principios de este mes). Thorne sabía que Arroway no podía llegar a Vega a través de un agujero negro, que se cree que atrapa y destruye todo lo que cae. Pero se le ocurrió que ella podría hacer uso de otro tipo de agujero consistente con la teoría general de la relatividad de Albert Einstein: un túnel o «agujero de gusano» que conecta ubicaciones distantes en el espacio-tiempo.

Mientras que los agujeros de gusano teóricos más simples colapsan y desaparecen inmediatamente antes de que nada pueda pasar, Thorne se preguntó si sería posible que una civilización de ciencia ficción «infinitamente avanzada» estabilizara un agujero de gusano el tiempo suficiente para que algo o alguien lo atravesara. Descubrió que tal civilización podría, de hecho, alinear la garganta de un agujero de gusano con «material exótico» que contrarresta su tendencia a colapsar. El material poseería energía negativa, que desviaría la radiación y repelería el espacio-tiempo aparte de sí mismo. Sagan usó el truco en Contacto, atribuyendo la invención del material exótico a una civilización anterior y perdida para evitar entrar en detalles. Mientras tanto, esos detalles cautivaron a Thorne, sus estudiantes y muchos otros físicos, que pasaron años explorando agujeros de gusano atravesables y sus implicaciones teóricas. Descubrieron que estos agujeros de gusano pueden servir como máquinas del tiempo, invocando paradojas de viajes en el tiempo, evidencia de que el material exótico está prohibido en la naturaleza.

Ahora, décadas después, ha surgido una nueva especie de agujero de gusano atravesable, libre de material exótico y lleno de potencial para ayudar a los físicos a resolver una paradoja desconcertante sobre los agujeros negros. Esta paradoja es el mismo problema que plagó el primer proyecto de Contacto y llevó a Thorne a contemplar agujeros de gusano atravesables en primer lugar; a saber, que las cosas que caen en agujeros negros parecen desaparecer sin dejar rastro. Este borrado total de la información rompe las reglas de la mecánica cuántica, y desconcierta tanto a los expertos que en los últimos años, algunos han argumentado que los interiores de agujeros negros no existen realmente, que el espacio y el tiempo terminan extrañamente en sus horizontes.

La ráfaga de hallazgos comenzó el año pasado con un artículo que reportaba el primer agujero de gusano atravesable que no requiere la inserción de material exótico para permanecer abierto. En cambio, según Ping Gao y Daniel Jafferis de la Universidad de Harvard y Aron Wall de la Universidad de Stanford, la energía negativa repulsiva en la garganta del agujero de gusano puede generarse desde el exterior mediante una conexión cuántica especial entre el par de agujeros negros que forman las dos bocas del agujero de gusano. Cuando los agujeros negros están conectados de la manera correcta, algo lanzado en uno se moverá a lo largo del agujero de gusano y, siguiendo ciertos eventos en el universo exterior, saldrá del segundo. Sorprendentemente, Gao, Jafferis y Wall notaron que su escenario es matemáticamente equivalente a un proceso llamado teletransportación cuántica, que es clave para la criptografía cuántica y se puede demostrar en experimentos de laboratorio.

John Preskill, experto en agujeros negros y gravedad cuántica de Caltech, dice que el nuevo agujero de gusano atravesable es una sorpresa, con implicaciones para la paradoja de información de agujeros negros y los interiores de agujeros negros. «Lo que realmente me gusta», dijo ,» es que un observador puede entrar en el agujero negro y luego escapar para contar lo que vio.»Esto sugiere que los interiores de los agujeros negros realmente existen, explicó, y que lo que entra debe salir.

Una ecuación críptica

El nuevo trabajo de agujero de gusano comenzó en 2013, cuando Jafferis asistió a una charla intrigante en la conferencia de Cuerdas en Corea del Sur. El orador, Juan Maldacena, profesor de física en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey, había concluido recientemente, basándose en varios indicios y argumentos, que » ER = EPR.»Es decir, los agujeros de gusano entre puntos distantes en el espacio-tiempo, los más simples de los cuales se llaman puentes Einstein-Rosen o «ER», son equivalentes (aunque de alguna manera mal definida) a las partículas cuánticas enredadas, también conocidas como pares Einstein-Podolsky-Rosen o «EPR». La conjetura ER = EPR, planteada por Maldacena y Leonard Susskind de Stanford, fue un intento de resolver la encarnación moderna de la infame paradoja de la información de los agujeros negros atando la geometría espacio-temporal, gobernada por la relatividad general, a las conexiones cuánticas instantáneas entre partículas distantes que Einstein llamó «acción espeluznante a distancia».»

La paradoja ha surgido desde 1974, cuando el físico británico Stephen Hawking determinó que los agujeros negros se evaporan, emitiendo lentamente calor en forma de partículas que ahora se conocen como «radiación de Hawking».»Hawking calculó que este calor es completamente aleatorio; no contiene información sobre el contenido del agujero negro. A medida que el agujero negro desaparece de la existencia, también lo hace el registro del universo de todo lo que entró en su interior. Esto viola un principio llamado «unidad», la columna vertebral de la teoría cuántica, que sostiene que a medida que las partículas interactúan, la información sobre ellas nunca se pierde, solo se revuelve, de modo que si se invierte la flecha del tiempo en la evolución cuántica del universo, se verán las cosas descifrarse en una recreación exacta del pasado.

Casi todo el mundo cree en la unidad, lo que significa que la información debe escapar de los agujeros negros, pero ¿cómo? En los últimos cinco años, algunos teóricos, sobre todo Joseph Polchinski de la Universidad de California, Santa Bárbara, han argumentado que los agujeros negros son conchas vacías sin interiores en absoluto, que Ellie Arroway, al golpear el horizonte de eventos de un agujero negro, se desvanecería en un «cortafuegos» e irradiaría de nuevo.

Muchos teóricos creen en interiores de agujeros negros (y transiciones más suaves a través de sus horizontes), pero para entenderlos, deben descubrir el destino de la información que cae dentro. Esto es fundamental para construir una teoría cuántica de trabajo de la gravedad, la unión largamente buscada de las descripciones cuánticas y espacio-temporales de la naturaleza que entra en mayor relieve en el interior de los agujeros negros, donde la gravedad extrema actúa a escala cuántica.

La conexión de gravedad cuántica es lo que atrajo a Maldacena, y más tarde a Jafferis, a la idea ER = EPR, y a los agujeros de gusano. La relación implícita entre los túneles en el espacio-tiempo y el entrelazamiento cuántico planteado por ER = EPR resonó con una creencia popular reciente de que el espacio está esencialmente unido a la existencia por el entrelazamiento cuántico. Parecía que los agujeros de gusano tenían un papel que desempeñar a la hora de unir el espacio-tiempo y dejar que la información de los agujeros negros saliera de los agujeros negros, pero ¿cómo podría funcionar esto? Cuando Jafferis escuchó a Maldacena hablar sobre su ecuación críptica y la evidencia de ella, era consciente de que un agujero de gusano estándar de emergencias es inestable y no atravesable. Pero se preguntó qué significaría la dualidad de Maldacena para un agujero de gusano atravesable como los que Thorne y otros jugaron hace décadas. Tres años después de la charla sobre Corea del Sur, Jafferis y sus colaboradores Gao y Wall presentaron su respuesta. El trabajo amplía la idea de ER = EPR comparando, no un agujero de gusano estándar y un par de partículas enredadas, sino un agujero de gusano atravesable y teletransportación cuántica: un protocolo descubierto en 1993 que permite que un sistema cuántico desaparezca y reaparezca indemne en otro lugar.

Cuando Maldacena leyó el periódico de Gao, Jafferis y Wall, «Lo vi como una idea realmente agradable, una de esas ideas que después de que alguien te lo dice, es obvio», dijo. Maldacena y dos colaboradores, Douglas Stanford y Zhenbin Yang, inmediatamente comenzaron a explorar las ramificaciones del nuevo agujero de gusano para la paradoja de la información del agujero negro; su artículo apareció en abril. Susskind y Ying Zhao de Stanford siguieron esto con un artículo sobre teletransportación por agujeros de gusano en julio. El agujero de gusano «da una imagen geométrica interesante de cómo ocurre la teletransportación», dijo Maldacena. «El mensaje en realidad pasa por el agujero de gusano.”

Leave a Reply