Posteado por: Samuel Tarazona | 15 enero, 2010

La Paradoja de Stephen Hawking

Stephen Hawking es el científico más popular de nuestra época, ha publicado algunos libros de divulgación científica que se han convertido en verdaderos “best-sellers”. Sus trabajos sobre agujeros negros y el Big-Bang han sido fundamentales para la comprensión de dichos fenómenos. Una de sus principales teorías respecto a los agujeros negros, sin embargo, lo ha llevado a un derrotero sin salida hasta el momento.   

Visión artística de un agujero negro.

En los años setenta Hawking, aplicando técnicas matemáticas que Roger Penrose había utilizado para demostrar la ocurrencia de singularidades al interior de los agujeros negros, logró formular un teorema que postulaba la existencia de una singularidad a partir de la cual ocurrió el Big Bang dando origen al universo. Hay que destacar que contrario a lo que se piensa, el Big Bang no es una explosión sino la expansión de dicha singularidad. Es decir, contrario a un agujero negro en el que la materia es comprimida hacia un punto de infinita gravedad e infinita densidad (la singularidad propiamente dicha) el big bang sería un agujero negro “al revés”, donde desde un punto de infinita densidad y gravedad se origina todo lo que hoy constituye el universo. Hawking entonces, asume el reto de descubrir la verdadera naturaleza de los agujeros negros como punto de partida para entender el origen del universo.   

Simulación por computadora que muestra una lluvia de partículas (radiación de Hawking) arrojada de un hoyo negro que se evapora.

Durante su investigación inicial, Hawking había usado la teoría clásica de la gravedad, así como las teorías de la relatividad de Einstein (general y especial) Para completar su investigación del comportamiento de la materia al acercarse a un agujero negro, Hawking añadió la mecánica cuántica en su metodología de estudio, logrando unificar de cierta manera las 2 grandes teorías  de la física. El resultado de esta investigación fue sorprendente. Si al principio se pensaba que nada podía escapar de un agujero negro, Hawking demostró que de hecho, emitían radiación térmica o Radiación de Hawking. Esto corroboró los argumentos de Jacob Bekenstein de que los agujeros negros no violaban la Segunda Ley de la Termodinámica debido a que poseen entropía proporcional a su horizonte de sucesos y una temperatura proporcional a la gravedad de su superficie y mayor al cero. Lo anterior implicaba precisamente la posibilidad de que el agujero negro emitiese algún tipo de radiación, algo imposible según la física clásica pero demostrado por Hawking al usar la mecánica cuántica. Quedó demostrada una vez más la incompatibilidad de ambas teorías.  

Las conclusiones de Hawking, sin embargo, desencadenaron otra paradoja: si los agujeros negros emiten partículas en forma de radiación, significa que pierden masa, lo cual llevará eventualmente al empequeñecimiento del agujero negro y finalmente su desaparición. La interrogante a plantear es: ¿que sucede con la materia e información cuántica que cayó dentro del agujero negro durante la existencia del mismo? Stephen Hawking postulaba que las partículas que el agujero negro emanaba eran independientes de las partículas que habían ingresado, es decir, la información original se perdía indefectiblemente. Por ejemplo, dado un par de partículas entrelazadas cuyas propiedades cuánticas están ligadas, si una cae al agujero negro la otra podrá escapar en forma de “radiación de Hawking” causando que el agujero negro colapse poco a poco y que parte de la información cuántica del par de partículas se pierda para siempre. Esto entra en contradicción con la teoría cuántica que indica que dicha información nunca se pierde y que en algún momento podrá ser recuperada del interior del agujero negro.   

John Preskill (izquierda), Kip Thorne (centro), y Stephen Hawking (derecha)

Durante 30 años la paradoja no pudo ser resuelta por los físicos que estudiaban el tema. Incluso Hawking junto al físico Kip Thorne del CalTech -quien apoyaba a Hawking en sus planteamientos-, hicieron una apuesta contra el físico John Preskill que argumentaba lo contrario a ellos. La apuesta consistía en demostrar que el estado cuántico luego de la desaparición del agujero negro era el mismo estado cuántico puro del principio y no un estado superpuesto (que implicaría pérdida de información). En el año 2,004, durante la 17ma Conferencia sobre Relatividad General y Gravitación que tuvo lugar en Dublín, Hawking hizo un anuncio: aceptó que había perdido tal apuesta. Si bien no ha publicado hasta el momento una demostración matemática de esta afirmación, explicó que para que sea posible obtener de vuelta la información absorbida por el agujero negro, había que incluir todas las formas y evoluciones posibles del mismo, incluso la situación en que éste no haya existido. Para ello, tomó en cuenta la formulación de Integral de Caminos desarrollada por Richard Feynman (cuyo trabajo en electrodinámica cuántica le valió el Premio Nóbel), quien postulaba que el estado final de un estado cuántico es la suma de todos sus estados posibles.  

Estas afirmaciones no han terminado de convencer a la comunidad científica. Incluso hay físicos que han plateado nuevas soluciones a la paradoja, entre ellas una muy interesante que consiste en utilizar la Teoría de las Supercuerdas para explicar la posibilidad de que los agujeros negros preserven la información cuántica, pero eso ya sería tema de otro post.   

En el siguiente enlace pueden encontrar un archivo PDF con la traducción de la conferencia de Hawking en la Conferencia sobre Relatividad General y Gravitación:   

Presentación del Profesor Hawking. Dublín, 2004 

Además un interesante documental de la BBC sobre este mismo tema:   

The Hawking Paradox, Parte 1 

The Hawking Paradox, Parte 2 

The Hawking Paradox, Parte 3 

The Hawking Paradox, Parte 4 

The Hawking Paradox, Parte 5

Anuncios

Responses

  1. Hola Samuel. Esta muy interesante el articulo. La clave a la aparente paradoja de los agujeros negros está en el horizonte de sucesos. En en efecto, según Hawking al absover materia el agujero negro, el horizonte de sucesos (el limite desde el cual ya no hay retorno) codifica la información del agujero negro. Su explicación de radiación de agujeros negros, era basada no sólo en particulas entrelazadas si tambien en pares de particulas-antiparticulas, las cuales una de ellas caia al agujero negro mientras la otra era vista por un espectador como radiación (pues “aparecería de la nada”). Asi no se viola la segunda ley de la termodinámica pero tampoco el hecho que nada del agujero negro pueda salir de él.

    Quizá el hecho que la información de que el agujero negro, pueda estar codificado en su frontera, sea la clave para entender el futuro de los mismos. Al igual que tu, yo también ignoro como es que el genial fisico llegó a la conclusión que la ecuación de onda no se perdía dentro del agujero negro, pero ha de estar ligado al hecho de que su frontera “codifica” esta información de alguna manera.

    Esta muy interesante el articulo, felicitaciones…!

  2. Hola, mis felicitaciones por el blog.

  3. ajaja yo tambien soy peruano!!! chevere brother muy poca gente en lima se decide hacer algo tan chevere sobre todo por que lciencia es considerada muuuuy aburrida aveces

  4. desde que pais escriben?

    • Saludos. Escribimos desde Lima, Perú


Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s

Categorías

A %d blogueros les gusta esto: