Estimad@s Clientes y/o amantes del LEAN:
Noticia impresionante donde las haya: mezclando dos teorías
preciosas, la radiación de Hawking y el entrelazamiento cuántico, SÍ es posible
saber lo que hay dentro de un agujero negro
El esquema de este post es el siguiente:
-Extracto del experimento que lo confirma
-Un link muy pedagógico sobre el entrelazamiento cuántico
-Resumen de un post de mi blog sobre la radiación de Hawking
Utilizan la
teleportación cuántica para «echar un vistazo» dentro de un agujero negro
Un equipo de físicos de la Universidad de
California en Berkeley ha conseguido, por primera vez, utilizar una computadora
cuántica para «echar un vistazo» a lo que hay dentro de un
agujero negro. Es solo un primer paso, pero siguiendo este camino pronto
será posible utilizar bits cuánticos entrelazados para explorar el misterioso
interior e estos extraños objetos, en el límite mismo de las leyes de la Física.
El trabajo se acaba de publicar
en Nature.
Hoy por hoy, nadie sabe a ciencia cierta lo que sucede
cuando la materia desaparece dentro
de un agujero negro. Toda la información adjunta a esa materia, la
identidad de todos sus constituyentes, incluso la energía y el impulso que
llevaban sus partículas más elementales se mezclan, al entrar en el agujero,
con toda la demás materia e información que éste contiene, haciendo
aparentemente imposible su recuperación.
Lo cual conduce a una situación que la Física
lleva décadas intentando resolver, la llamada «paradoja de la
información del agujero negro». Las leyes de la Mecánica Cuántica,
en efecto, afirman que la información nunca se pierde, incluso cuando
desaparece dentro de un agujero negro. Pero al mismo tiempo sabemos que
cualquier cosa que entre en un agujero negro jamás podrá volver a salir de él.
A todos los efectos, pues, será como si se hubiera perdido para siempre.
Y aquí es donde empieza la confusión. Algunos físicos
afirman que la información que cae al agujero tras cruzar el horizonte de
sucesos (la línea imaginaria que, una vez traspasada, no permite el regreso) se
perderá para toda la eternidad. Otros, por el contrario, argumentan
que sería posible reconstruir esa información, aunque solo después
de esperar sentados hasta que el agujero negro se haya evaporado por completo.
Un proceso que necesita una cantidad inimaginable de tiempo.
Gracias a Stephen Hawking sabemos que los
agujeros negros, en realidad, no son tan negros como parecía, ya que emiten
una pequeña cantidad de radiación (conocida como radiación
Hawking en honor del genial físico británico), causada por las fluctuaciones
cuánticas que tienen lugar en el mismísimo borde del agujero.
Desafortunadamente, los cálculos indican que un agujero negro que tuviera la
misma masa que nuestro Sol (y los hay muchísimo más grandes) tardaría unos 10
elevado a 67 años en evaporarse, lo cual es muchísimo más tiempo que la propia
edad del Universo. En teoría, una vez evaporado el agujero, la información que
contenía volvería a ser accesible.
Un «resquicio cuántico»
Pero los investigadores de Berkeley han descubierto que podría
haber otra forma de recuperar esa información más rápidamente. Un «resquicio
cuántico» que permitiría medir las sutiles «relaciones» entre el
interior del agujero negro y la radiación Hawking que éste emite continuamente.
El truco consistiría en sacar provecho de una propiedad de las partículas subatómicas,
el entrelazamiento cuántico, que en palabras llanas consiste en una especie de
«comunicación instantánea» que permite a las partículas entrelazadas conocer,
y reaccionar en tiempo real, con lo que les sucede a sus
«hermanas», sin importar la distancia que las separe.
Y resulta que dos bits de información, como los bits
cuánticos o qubits de las computadoras cuánticas, están tan íntimamente
entrelazados que el estado de uno de ellos determina automáticamente el estado
del otro, estén donde estén cada uno de ellos. Los físicos se refieren a esta
extraña capacidad, miles de veces comprobada pero aún no del todo
entendida, como
la «acción fantasmal a distancia». De hecho, se podría decir que las
mediciones efectuadas sobre qubits entrelazados son posibles gracias a la
« teleportación
cuántica» de la información de un qubit al otro.
En palabras de Norman Yao, uno de los firmantes
del artículo, «podríamos recuperar la información caída dentro de un agujero
negro llevando a cabo un cálculo masivo de los fotones de Hawking salientes. Se
espera que esto resulte muy, muy difícil, pero si creemos en la Mecánica
Cuántica, algo así debería, en principio, ser posible. Y eso es exactamente lo
que estamos haciendo aquí, pero en un pequeño agujero negro de tres
qubits dentro
de una computadora cuántica de siete qubits».
Aunque en la práctica la complicación es enorme, la idea de
base resulta relativamente sencilla. Se trata de dejar caer un
qubit entrelazado dentro de un agujero negro y
analizar después la radiación Hawking emergente. En teoría, de esta
forma sería posible determinar el estado del qubit que ha caido dentro del agujero,
proporcionando así una ventana que nos permitiría observar lo que hay «dentro
del abismo».
El esquema ilustra la "paradoja de la información del
agujero negro".
Alice introduce un qubit en el agujero y le pide a Bob
que lo reconstruya usando solo la radiación Hawking emergente
- Norman Yao, UC Berkeley
Basándose en estas premisas, Yao y su colega Beni
Yoshida, otro de los firmantes del artículo, propusieron el año pasado un
experimento para demostrar la bondad de su idea. «Con nuestro protocolo
-explica Yao- si se consigue medir una teleportación cuya fidelidad sea lo
suficientemente alta, entonces se podría garantizar que se produjo una mezcla
en el interior del circuito cuántico. Con eso, decidimos llamar a mi
amigo Chris Monroe».
Monroe, físico de la Universidad de Maryland y otro de los
autores de esta investigación, decidió intentar el experimento. Y
al implementar el protocolo de Yao y Yoshida consiguió, efectivamente, medir la
correlación que andaba buscando. Monroe y sus colegas, en efecto, midieron
una fidelidad de teleportación cercana al 80%, lo que indicaba que
por lo menos la mitad del estado cuántico había «pasado» del qubit enviado al
interior del diminuto agujero negro, al otro qubit del exterior y entrelazado
con él. En otras palabras, habían conseguido «extraer» información de
dentro del agujero negro.
Con todo, la investigación apenas si ha conseguido arañar la
superficie del problema. Pero ha demostrado que en el futuro sería posible
desarrollar un sistema capaz de extraer información del interior de un agujero
negro, una especie de «sonda cuántica» enviada al corazón mismo de lo
desconocido, allí donde las leyes de la Física se rompen y el hombre,
seguramente, no podrá llegar jamás.
- Ahí va un link que me ha gustado
sobre el entrelazamiento cuántico:
- La radiación de Hawking
Post mío relacionado con este tema:
Mensajes amables de fin de semana: si estás en un agujero
negro, no te rindas ( Stephen Hawking )
En una conferencia celebrada en Suecia a mediados del pasado
mes de Agosto, el científico Stephen Hawking impactó a la comunidad científica:
"Si estás en un agujero negro, no te rindas", afirmó.
Los físicos han estado discutiendo durante 40 años sobre lo
que sucede con el estado de los objetos una vez que caen ahí. La mecánica
cuántica dice que esta información no puede ser destruida, pero la relatividad
general dice que sí. Esta teoría se conoce como la paradoja de la información.
Hawking afirma que en primer lugar, esta información nunca
ingresa al agujero negro: "La información no se almacena en el interior
del agujero negro como creemos, se queda en su límite, en el horizonte de
sucesos", señaló.
El físico añade que esta información se mantiene
en su borde u horizonte reflejados en una suerte de holograma, con
datos que se quedan ahí sin ser eliminados.
Una paradoja
Los agujeros negros, como todo lo demás, deben mantener un
registro de la mecánica cuántica de su formación. Puede surgir un agujero
negro, por ejemplo, de la muerte de una gran estrella que se quedó sin
combustible para la fusión nuclear y colapsó bajo su propia gravedad. De
acuerdo con la mecánica cuántica, el agujero negro debe almacenar la
información sobre la estrella que le dio origen, así como cualquier materia que
haya caído desde entonces. Pero si el agujero negro alguna vez se evapora,
parecería que la información sería destruida.
Los físicos han tratado de encontrar una manera para que la
información se escape de la desaparición del agujero negro a través de la
radiación de Hawking. El problema con este escenario, sin embargo, es que los
agujeros negros parecen no tener forma de difundir información a esta
radiación. Los agujeros negros, de hecho, son objetos muy simples de acuerdo
con la teoría de la relatividad general, que primero predijo su existencia.
Solo tienen tres propiedades: masa, carga y momento angular; más allá de esas
variables, no tienen características, no hay otros detalles; en la
lengua vernácula de los físicos, se dice que “no tienen pelo”.
Hawking dio a conocer una posible “respuesta” a la paradoja
de la pérdida de información —una forma de lograr que los agujeros negros
tengan “pelo”— durante una presentación realizada en el Instituto Real de
Tecnología KTH, de Estocolmo, el 25 de agosto: “Propongo que la
información no se almacena en el interior del agujero negro como uno podría
esperar, si no en su límite, el ‘horizonte de sucesos’”, dijo. El
horizonte de sucesos es la frontera teórica de un agujero negro, un punto
esférico “sin retorno” para la materia entrante. Hawking sugirió además que la
información reside en las llamadas “super traducciones” en el horizonte de
sucesos, que son huellas que podrían causar un cambio en la posición o en el
momento de las partículas que se emiten a través de la radiación de Hawking.
Estas super traducciones estarían formadas por las
partículas de la estrella muerta y cualquier materia que cayó en el agujero
negro cuando cruzó por primera vez el horizonte de sucesos. Hawking admitió que
la información no sería fácilmente recuperable, pero sostuvo que al menos no
sería destruida, resolviendo así la paradoja. “La información sobre las
partículas entrantes se devuelve, pero en una forma caótica inútil”, dijo.
“Para todos los efectos prácticos, la información se pierde”.
Un holograma de la materia
De cierta forma, la solución de Hawking a la paradoja de la
pérdida de la información señala que está ocurriendo una cosa, pero da la
impresión de que está pasando otra.
La información no está pasando a través del agujero negro,
sino que se está almacenando como una "supertraducción" en lo que se
conoce como "horizonte de eventos".
Los hoyos negros no son objetos parecidos a las pelotas,
pero si los imaginamos así, podríamos describir al horizonte de eventos como su
superficie y a la supertraducción como una especie de imagen que las partículas
que pasan pintan en la superficie.
"La idea es que las supertraducciones son un holograma
de las partículas que entran", dijo Hawking. "Por ende, contienen
toda la información que se perdería de otra forma".
El agujero negro podría ser un pasaje a otro universo
En la conferencia en Estocolmo, Hawking también ofreció
ideas convincentes acerca de dónde pueden terminar finalmente las cosas que
caen en un agujero negro, señalando que “el agujero podría ser un pasaje a
otro universo, pero lo que pasa por ahí no podría volver a nuestro universo”.
El agujero negro supermasivo del centro de la galaxia
podría ser un agujero de gusano encubierto
Uno de los objetos más extraordinarios de nuestra galaxia,
la Vía Láctea, es sin lugar a duda Sagitario A*. Este pequeño objeto, que está
situado en la constelación de Sagitario, fue descubierto en 1974 y se sabe que
es una fuente brillante de ondas de radio.
Desde entonces, los astrónomos han llevado a cabo numerosas
observaciones de Sagitario A* y de las estrellas cercanas, algunas de las
cuales orbitan a una velocidad muy alta. Esto implica que Sagitario A* es
extremadamente masivo, y ya que es tan pequeño, debe ser también extremamente
denso.
Es por eso que los astrónomos creen que este objeto es un
agujero negro supermasivo que yace en el centro de la galaxia. De hecho,
Sagitario A* es aproximadamente 4 millones de veces más masivo que el Sol, todo
en un volumen no mucho más grande que la órbita de Mercurio.
Representación artística de los agujeros gusano
Los agujeros de gusanos se los describe como una topología
hipotética del espacio-tiempo en física y, básicamente son una especie de atajo
o un puente que conecta dos puntos del espacio-tiempo.
Pero hay otra explicación: este objeto súper
denso y masivo podría ser un agujero de gusano que conecta nuestra región del
espacio a otro punto del Universo, o incluso a otra parte del multiverso.
Los astrofísicos han sabido desde hace mucho tiempo que los
agujeros de gusano están permitidos por las leyes de la relatividad general y
que se podían haber formado poco después del Big Bang.
Como siempre, he incluido estas reflexiones en mi blog
“Historias del LEAN”:
Que disfrutéis cada hora del fin de semana
Un cordial saludo
Alvaro Ballesteros
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