La desaparición de información en un agujero negro es un fenómeno hipotético que debería ocurrir en un agujero negro si realmente obedece a la descripción termodinámica propuesta por Stephen Hawking . Este fenómeno, sin embargo, es incompatible con los principios generales de la mecánica cuántica y, por tanto, representa el problema más grave al que se enfrenta la gravedad cuántica .
De acuerdo con los conceptos modernos, un agujero negro que no gira y no está cargado está determinado por un solo parámetro independiente: su masa . Esto significa que si un cuerpo de cierta masa se arroja a un agujero negro, entonces no importa en absoluto qué tipo de cuerpo era y en qué estado interno se encontraba: las propiedades del agujero negro después de la absorción del cuerpo. dependerá únicamente de su nueva masa. Este fenómeno a veces se denomina "un agujero negro no tiene cabello" ( teorema de ausencia de cabello ), es decir, todos los agujeros negros que no giran y no están cargados de la misma masa son indistinguibles entre sí. Esto, en particular, significa que un agujero negro, resultante del colapso gravitacional de la materia , y un agujero negro de la misma masa, resultante del colapso gravitacional de la antimateria , desde el punto de vista de un observador externo, no difieren en de todos modos. Así, en el proceso de colapso gravitacional para un observador externo, se violan las leyes de conservación de los números cuánticos , que no están relacionadas con las transformaciones de norma , como por ejemplo, las cargas bariónicas y leptónicas .
En el marco de la teoría clásica (no cuántica) de la gravedad , un agujero negro es un objeto indestructible. Solo puede crecer, pero no puede disminuir ni desaparecer por completo. Esto significa que, en principio, es posible una situación en la que la información que ha caído en un agujero negro en realidad no ha desaparecido, sigue estando dentro del agujero negro, pero simplemente no es observable desde el exterior. Otra versión del mismo pensamiento: si un agujero negro sirve como puente entre nuestro universo y algún otro universo, entonces la información simplemente puede haber sido transferida a otro universo.
Sin embargo, si se tienen en cuenta los fenómenos cuánticos, el resultado hipotético contendrá contradicciones. El principal resultado de aplicar la teoría cuántica a un agujero negro es que este se evapora gradualmente debido a la hipotética radiación de Hawking . Esto significa que llegará un momento en que la masa del agujero negro volverá a disminuir a su valor original (antes de arrojar un cuerpo en él). Por lo tanto, como resultado, se vuelve obvio que el agujero negro convirtió el cuerpo original en una corriente de varias radiaciones , pero él mismo no cambió al mismo tiempo (ya que volvió a su masa original). La radiación emitida es completamente independiente de la naturaleza del cuerpo que ha caído en ella. Es decir, el agujero negro destruyó la información que entró en él.
En esta situación, se hace evidente la siguiente paradoja. Si consideramos la caída en un agujero negro y la posterior evaporación de un sistema cuántico que se encuentra en algún estado puro, entonces, dado que el agujero negro no ha cambiado como resultado, obtenemos la transformación del estado puro original en un "térmico" ( estado mixto). Tal transformación no es unitaria, y toda la mecánica cuántica se basa en transformaciones unitarias . Así, esta situación contradice los postulados originales de la mecánica cuántica.
La resolución de esta contradicción es un paso necesario hacia la construcción de la gravedad cuántica .
Dado que el problema es que dos teorías físicas se contradicen cuando intentamos aplicarlas a un agujero negro, en principio es posible que una de estas teorías simplemente deje de funcionar en este caso. Por ejemplo, se expresaron opiniones de que la mecánica cuántica deja de funcionar en campos gravitatorios superfuertes. Otra opción de resolución es que la radiación de Hawking puede no ser completamente caótico-térmica, es decir, puede haber algunas correlaciones entre las partículas emitidas que codifican información que ha caído en un agujero negro . Por lo tanto, el agujero negro no destruirá la información.
En 1997, se propuso la conjetura de dualidad AdS/CFT ( correspondencia AdS/CFT ), es decir, la hipótesis de que la gravedad cuántica en un espacio de 5 dimensiones anti-de Sitter (es decir, con un término cosmológico negativo) es matemáticamente equivalente a un espacio conforme . campos teóricos en la superficie 4 de este mundo. Ha sido verificado en algunos casos particulares, pero aún no ha sido probado en términos generales. Si esta hipótesis es cierta, automáticamente implica la solución del problema de la desaparición de la información. El punto es que la teoría del campo conforme, por construcción, es unitaria. Si es dual a la gravedad cuántica, entonces la teoría de la gravedad cuántica correspondiente también es unitaria, lo que significa que la información no se pierde en este caso.
En los últimos años, se han acumulado muchos indicios indirectos de que se debe cumplir la dualidad AdS/CFT. Como resultado, cada vez más físicos opinan que la información en un agujero negro no debe perderse. Sin embargo, no ha aparecido una explicación constructiva de qué sucede exactamente con la información. Además, no queda claro cómo son las cosas en un mundo plano o de Sitter (es decir, en un universo con un término cosmológico cero o positivo).
Otro punto de vista dice que la desaparición de la información es otra forma de aumentar la entropía en el universo. Es decir, la información no desaparece sin dejar rastro, sino que pasa a formar parte del caos del universo, de donde puede ser extraída mediante un proceso que reduce la entropía. Pero, de hecho, la segunda ley de la termodinámica nos dice que la entropía no disminuye. Esto no se ha probado definitivamente, por lo que la pregunta sigue abierta.
Una de las opciones para solucionar el problema de la desaparición de información en un agujero negro puede ser la existencia de estrellas de Planck .
El 21 de julio de 2004, en la 17ª Conferencia Internacional sobre Gravedad y Relatividad General, Stephen Hawking presentó un documento en el que, según cree, presentó una resolución a esta contradicción. Este breve informe no presenta los detalles de los cálculos, sino que solo describe la estrategia general y el resultado final.
El 19 de julio de 2005 apareció en el archivo de preprints electrónicos hep-th/0507171 un texto ampliado y actualizado de este informe .
Con base en el texto del informe, se pueden hacer los siguientes comentarios preliminares:
Esto reduce significativamente el valor del trabajo, ya que la conclusión general sobre la unitaridad en este caso se deriva de la dualidad AdS/CFT, que el mismo Hawking admite.
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