LONDRES, 5 de abril.- En marzo de 2012, Joseph Polchinski (famoso teórico de cuerdas del KITP, Kavli Institute for Theoretical Physics, Santa Barbara, California) se preguntó qué pasaría cuando un astronauta se sumergiera dentro de un agujero negro. Obviamente, moriría, ¿pero cómo?

El principio de equivalencia de la relatividad general de Einstein implica que no notaría nada al atravesar el horizonte de sucesos y que su muerte sería debida a su estiramiento en forma de espagueti (en un agujero negro supermasivo podría pasar varios días dentro del horizonte de sucesos antes de notar nada en absoluto).

Pero Polchinski publicó en julio de 2012, junto a dos estudiantes, Ahmed Almheiri y James Sully, y su colega Donald Marolf (UCSB, Universidad de California, Santa Barbara) que, bajo ciertas circunstancias, el astronauta acabaría frito en el horizonte de sucesos, que se comportaría como un “muro de fuego” (firewall).

Nos lo cuenta Zeeya Merali, “Fire in the hole! Will an astronaut who falls into a black hole be crushed or burned to a crisp?,” (Nature 496: 20-23, 5 Apr 2013).

Polchinski y sus colegas han provocado una crisis en lo que sabemos sobre las leyes físicas que rigen el comportamiento de los agujeros negros. Se pensaba que se entendía muy bien cómo aplicar la mecánica cuántica a la gravedad en un régimen débil, en el que la aproximación cuasi-clásica parece razonable; sin embargo, como dice Raphael Bousso (físico de cuerdas de la Universidad de California, Berkeley), las ideas de Polchinski “socavan todo lo que sabemos sobre la física cuántica de los agujeros negros” y en especial sobre la llamada paradoja de la información cuántica.

Enlace al artículo en Nature.

La mécanica cuántica afirma que la información no puede desaparecer y que, en principio, toda información que se introduzca en un agujero negro debería poderse recuperar midiendo el estado cuántico de la radiación de Hawking emitida a posteriori. Sin embargo, esta radiación es térmica (completamente aleatoria) y recuperar dicha información parece imposible.

Una solución a esta paradoja se obtuvo hace tres lustros utilizando ideas holográficas (nacidas en el contexto de la teoría de cuerdas, aunque hoy en día se pueden considerar de forma independiente); la mecánica cuántica se salvó y no había ninguna pérdida de información. Cada nueva partícula emitida por radiación de Hawking estaba entrelazada con todas las partículas previamente emitidas, con lo que la información cuántica abandona el agujero negro en la radiación de Hawking, pero es imposible recuperarla, pues se requiere “desentralazar” toda la radiación emitida hasta el momento. Muchos físicos pensaron que la paradoja había sido resuelta con éxito y por siempre jamás.

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Cada nueva partícula emitida por radiación de Hawking proviene de un par de partículas, siendo la otra engullida por el agujero negro. Estas partículas están entrelazadas entre sí y además lo están con toda la radiación de Hawking emitida en el pasado. Lo que han notado Polchinski y sus colegas es que este “doble” entrelazamiento viola la “monogamia” del entrelazamiento, pues se pueden realizar protocolos cuánticos entre la pareja de partículas que permiten extraer información del agujero negro.

Enlace a Captan un agujero negro devorando un planeta gigante (con vídeo)

O bien la nueva partícula emitida no está entrelazada con toda la radiación ya emitida en el pasado, con lo que la paradoja de la información no ha sido resuelta, o bien la nueva partícula emitida no está entrelazada con su compañera que cae dentro del agujero negro, con lo que debe existir algo “violento” que destruya este entrelazamiento (el “muro de fuego”). El artículo de Polchinski y sus colegas no ofrecía otra posibilidad sin alterar las leyes de la mecánica cuántica y de la relatividad general.

Para muchos físicos, la idea de un “muro de fuego” en el horizonte de sucesos que destruye el entrelazamiento entre las parejas de partículas que dan como resultado la radiación de Hawking es toda una “locura” y debe ser desterrada de la física. Sobre todo porque viola el principio de equivalencia de Einstein (uno de los sacrosantos de la física).

“I’m sorry that no one has gotten rid of the firewall”: Polchinski.

Han aparecido más de 40 artículos que o bien se adhieren a la idea del “muro de fuego” o bien tratan de desterrarla con diferentes argumentos. Pero hasta el momento, todos estos argumentos son rebatibles, según Polchinski.

El argumento más firme en contra del “muro de fuego” (que muchos abanderan como la solución definitiva) es del físico cuántico Daniel Harlow (Univ. Princeton, Nueva Jersey, EE. UU.) y del informático Patrick Hayden (Univ. McGill University, Montreal, Canadá). Está basado en la complejidad computacional del protocolo cuántico que permite extraer información del agujero negro gracias al entrelazamiento de la pareja de partículas; dicho proceso requiere un número tan grande de operaciones cuánticas que en la práctica es imposible que el astronauta que está dentro del agujero negro pueda culminar el protocolo antes de caer en la singularidad y ser destruido. Se trata de una solución adecuada para muchos físicos, pero que deja un cierto mal sabor de boca. En principio puede hacerse, pero en la práctica es imposible. Parece una solución “informática” al problema, pero no una solución “física” (obviamente, depende de lo que esto signifique).

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Otras soluciones al problema de la aparición del “muro de fuego” se basan en pequeñas modificaciones de la mecánica cuántica (dentro de los agujeros negros, de tal forma que nadie las note fuera de ellos). Incluso hay quienes han llegado a afirmar que se debería aceptar que la información cuántica se pierde en el interior de los agujeros negros (reivindicando la paradoja de la información cuántica como ley).

Lo más importante de todo esto es que se están revisando las leyes cuánticas de los agujeros negros utilizando ideas del campo de la computación cuántica que están introduciendo aire fresco en un campo en el que parecía que las ideas holográficas eran la única opción razonable. (francisthemulenews.wordpress.com / Nature / ABC)