Stephen Hawking: los agujeros negros pueden encogerse

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Stephen Hawking: los agujeros negros pueden encogerse
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Radiación Hawking, explicada por un físico.

Stephen Hawking, fue un científico enormemente inspirador e influyente. A pesar de vivir la mayor parte de su vida con una grave enfermedad neurodegenerativa, la esclerosis lateral amiotrófica, que le dejó paralizado, Hawking alcanzó una rara fama tanto en los círculos científicos como en la imaginación popular.

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Poco después de enterarme de la noticia de su muerte, envié un correo electrónico a varios físicos y astrónomos prominentes para preguntarles: “¿Cuál es, en su opinión, el mayor legado de Hawking?”.

Casi todo el mundo mencionó su popular libro A Brief History of Time. Pero la siguiente respuesta más común fue el fenómeno astronómico que lleva su nombre: la radiación Hawking.

Es el fenómeno que explica cómo los agujeros negros pierden masa, y su descubrimiento fue su mayor logro científico. Pero al igual que muchos de los mejores descubrimientos de la ciencia, también creó más grandes preguntas sobre el universo y su funcionamiento.

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La radiación de Hawking, explicada de la forma más sencilla posible

El descubrimiento de Hawking comenzó con una pregunta sencilla: ¿Los agujeros negros emiten calor? Él había determinado previamente que los agujeros negros se adhieren a la segunda ley de la termodinámica, lo que significa que la entropía (una medida del trastorno) sólo aumenta con el tiempo. Y como explica New Scientist, “todo lo que tiene entropía… también tiene temperatura”.

En la década de 1970, Hawking, usando muchas matemáticas, esencialmente tomó la temperatura de un agujero negro.

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Lo hizo combinando las ideas de la teoría de la relatividad de Einstein (que describe cómo funciona la gravedad a gran escala) y la mecánica cuántica (que describe cómo funcionan los componentes más pequeños del universo). Estas son las dos teorías principales sobre cómo funciona el universo que los científicos han estado buscando durante décadas para combinar. Y ambos entran en juego en el horizonte de sucesos de un agujero negro, el límite más allá del cual la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar.

Antes del descubrimiento de Hawking, se pensaba que los agujeros negros eran objetos en los que las cosas entran pero nunca salen (el pensamiento en realidad proviene en parte del trabajo de Hawking que describe las singularidades dentro de los agujeros negros).

Esencialmente, Hawking demostró que los agujeros negros pueden, como tantos otros objetos en nuestro universo, encogerse y morir. Incluso convirtió esta idea en un consejo para todos nosotros: “Las cosas pueden salir de un agujero negro. … Así que si sientes que estás en un agujero negro, no te rindas, hay una salida”.

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Entonces, ¿cómo es que un agujero negro, con una gravedad tan poderosa que ni siquiera la luz puede escapar, se encoge?

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Aquí está la explicación, y es bastante alucinante. Cliff Burgess, un físico de la Universidad McMaster en Canadá.

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En primer lugar: La teoría mecánica cuántica explica que en todo el universo, las partículas y sus contrapartes, las antipartículas, están constantemente entrando y saliendo de la existencia. Normalmente, cuando aparecen en la existencia, no duran mucho tiempo porque una partícula y su contraparte se aniquilan rápidamente la una a la otra. (Afortunadamente, al principio de los tiempos, se creó más materia que antimateria. Sin ese desequilibrio, el universo se habría destruido a sí mismo rápidamente.)

Pero la vida al borde de un agujero negro no es normal. Allí, si estos pares de partículas se pierden en la existencia, es posible que un lado del par caiga dentro. “El que cae en el agujero negro tiene energía negativa”, dice Burgess, “y el otro puede salir y escapar del agujero negro, con energía positiva”.

La partícula que escapa forma la radiación Hawking. Y como la partícula que cae tiene energía negativa, “esencialmente se está restando energía del agujero negro”, dice Burgess. “Significa que le has quitado masa al agujero negro.”

Ahora, ningún físico ha presenciado esto directamente (una peculiaridad de la teoría es que los agujeros negros más pequeños, que son más difíciles de encontrar para los astrónomos, irradiarán más calor). Pero las matemáticas de Hawking fueron tan convincentes que casi todos los físicos creen que esta radiación existe. Y eso significa que los agujeros negros eventualmente se evaporan e incluso explotan.

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El hallazgo fue tan importante porque, en primer lugar, proporcionó una pista de que un día, la mecánica cuántica y la relatividad general podrían unirse en una gran teoría. En otras palabras, si la mecánica cuántica y la relatividad pudieran unirse para explicar qué demonios está sucediendo en el borde de un agujero negro, probablemente podrían unirse en otro lugar.

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Este hallazgo provoca preguntas que aún no han sido respondidas

Pero también suscita otras preguntas enormemente interesantes y sin respuesta sobre los agujeros negros. “Por un lado, la radiación de Hawking parece hacer cosas que deberían ser imposibles”, dice Burgess, como borrar toda la información sobre lo que entró en el agujero negro.

Si se llena un agujero negro con oro macizo y se llena otro con pizzas, la radiación Hawking que emite cada agujero negro será la misma. Eso realmente rompe las leyes del universo tal como las conocemos.

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La mecánica cuántica establece que usted debe ser capaz de explicar completamente el camino de cualquier partícula en el universo. Así que si tiras una pizza en un agujero negro, deberías ser capaz de rastrear cómo se desgarra esa pizza; deberías ser capaz de ver qué pasa con los átomos individuales que constituyen la corteza, el queso, etc. La mecánica cuántica estipula que todas las partículas del universo pueden ser contabilizadas y la información no puede ser borrada.

Pero en un agujero negro, esa información se pierde. La radiación de Hawking significa que el agujero negro está perdiendo masa. Pero no tenemos ni idea de lo que eso significa para la pizza, que, presumiblemente, todavía está dentro del agujero negro.

Es un misterio científico que cuestiona una de nuestras leyes más básicas de la naturaleza. Y Burgess dice que la radiación de Hawking continúa generando preguntas e investigaciones sobre la naturaleza de la gravedad y cómo se relaciona con otras fuerzas.

Los científicos todavía no tienen una gran comprensión de cómo la mecánica cuántica (la ciencia de lo muy pequeño) explica la gravedad. Y Hawking, con su radiación, proporcionó una pista tentadora.