Los agujeros negros no pueden desechar información sobre lo que tragan, y eso es un problema

Aarón Horowitz / Getty Images

Tres números.

Solo tres números: eso es todo lo que se necesita para describir de manera completa e inequívoca el 100 por ciento de un agujero negro en la relatividad general. Si te digo la masa, la carga eléctrica y el giro (es decir, el momento angular) de un agujero negro, hemos terminado. Esto es todo lo que sabremos al respecto y todo lo que necesitaremos para describir sus características.

Estos tres números nos permiten calcular todo sobre cómo un agujero negro interactuará con su entorno, cómo responderán los objetos a su alrededor y cómo evolucionará el agujero negro en el futuro.

A pesar de todas sus feroces habilidades gravitatorias y su naturaleza exótica e impía, los agujeros negros son sorprendentemente simples. Si te diera dos agujeros negros con la misma masa, carga y rotación, no serías capaz de distinguirlos. Si cambiara sus asientos sin que los miraras, no sabrías que lo hice.

Esto también significa que cuando ves un agujero negro completamente formado, no tienes idea de qué lo creó. Cualquier combinación de masa comprimida en un volumen lo suficientemente pequeño podría haber hecho el trabajo. Pudo haber sido el núcleo ultradenso de una estrella moribunda. Podría haber sido una camada extremadamente densa de adorables gatitos exprimidos en el olvido.

Mientras la masa, la carga y la rotación sean las mismas, la historia es irrelevante. No sobrevive información sobre el material original que creó el agujero negro. ¿O sí?

Cartas de fundación

«Información» es un término algo cargado; puede tomar varias definiciones dependiendo de a quién le preguntes y del estado de ánimo en el que se encuentre. En física, el concepto de información está estrechamente relacionado con nuestra comprensión de cómo evolucionan los sistemas físicos y cómo construimos nuestras teorías de la física.

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Nos gusta pensar que la física es un paradigma relativamente útil para comprender el Universo en el que vivimos. Una de las formas en que la física es útil es su poder predictivo. Si le doy una lista de toda la información sobre un sistema, debería poder aplicar mis leyes y teorías de la física para decirle cómo evolucionará ese sistema. Lo contrario también es cierto. Si te digo el estado de un sistema ahora, puedes hacer todos los cálculos al revés para averiguar cómo llegó el sistema a su estado actual.

Estos dos conceptos se conocen como determinismo (Puedo predecir el futuro) e reversibilidad (Puedo leer el pasado) y son prácticamente el núcleo fundamental de la física. Si nuestras teorías de la física no tuvieran estas propiedades, no podríamos hacer mucho trabajo.

Estos dos conceptos también se aplican a la mecánica cuántica. Sí, la mecánica cuántica impone límites estrictos a lo que podemos medir en el Universo, pero eso no significa que todas las apuestas estén equivocadas. En cambio, podemos simplemente reemplazar un estado clásico bien definido con un estado cuántico más borroso y seguir con nuestras vidas; el estado cuántico evoluciona de acuerdo con la ecuación de Schrödinger, que admite tanto el determinismo como la reversibilidad, por lo que estamos bien.

La información no se pierde cuando quemas un libro; simplemente está revuelto.

Este doble golpe de determinismo y reversibilidad significa que, en términos de física, la información debe preservarse a lo largo de cualquier proceso. No se puede crear ni destruir: si añadiéramos o elimináramos información a la ligera, no seríamos capaces de predecir el futuro o leer el pasado. Cualquier pérdida o ganancia significa que faltaría información o información adicional, por lo que toda la física se desmoronaría.

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Hay muchos procesos que a aparecer para destruir información, pero eso es solo porque no estamos rastreando con suficiente cuidado. Tomemos, por ejemplo, la quema de un libro. Si te diera un montón de cenizas, parecería irreversible: no hay forma de que puedas volver a armar el libro. Pero si tiene a su disposición un microscopio suficientemente potente (y mucha paciencia) y puede verme quemar el libro, podría, al menos en principio, lo que es bastante bueno, observar y seguir el movimiento de cada molécula en el proceso. Luego podría invertir todos esos movimientos y todas esas interacciones para reconstruir el libro. La información no se pierde cuando quemas un libro; simplemente está revuelto.

En la visión tradicional y clásica de los agujeros negros, todo este asunto de la información no es un problema en absoluto. La información que se usó en la construcción del agujero negro simplemente está bloqueada detrás del horizonte de eventos, el límite unidireccional en la superficie del agujero negro que lo hace tan único. Una vez allí, la información nunca más se volverá a ver en este Universo. Ya sea que el agujero negro se haya formado por estrellas moribundas o gatitos aplastados, este no es el caso. prácticamente importa. Es posible que la información no se destruya, pero se oculta de forma permanente a nuestras miradas indiscretas.

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