18
Sep
08

Agujeros negros e información

¿Qué es la información? Si uno es lo suficientemente pedante, ante esta sencilla pregunta comenzará a desgranar, aunque sea torpemente, algunas definiciones de la Teoría de la Información de Claude Shannon, si no es el caso, se sorprenderá de lo difícil que es contestar a semejante pregunta, sobre todo por el hecho de que es un concepto que manejamos a diario y sin aparente dificultad.

La Teoría de la Información no da una respuesta satisfactoria, a lo sumo proporciona una aproximación al aspecto cuantitativo de la cuestión, pero es de lo único que se dispone cuando hay que realizar cálculos. Se ha empleado en multitud de campos, pero quizá uno de los más sorprendentes ha sido en su relación con los agujeros negros.

La cuestión ya la empezó a estudiar Stephen Hawking hace treinta años, llegando a conclusiones problemáticas que sin embargo ha tenido que revisar ante los últimos descubrimientos teóricos sobre la cuestión. Lo cierto es que es un tema apasionante, un enfoque que uno no sabe si realmente dará pie a una visión completamente nueva de las cosas, o si simplemente es una curiosidad más.

Preguntémonos qué es un cómputo. Hay una entrada, una salida, y un proceso que lleva de una a otra según reglas precisas; es la respuesta que daría un informático o un matemático, pero para un físico, es una pregunta mucho más jugosa. Físicamente hablando cualquier interacción se puede considerar como un cómputo. Cualquier sistema físico almacena y procesa información mediante su interacción con el medio; la respuesta, el output, es el estado del sistema tras la interacción y puede ser vista como información procesada. Todo esto se puede calcular en bits utilizando la Teoría de la Información y conociendo la entropía del sistema.

Imaginemos un gas, o un plasma, el estado inicial es procesado por la dinámica del sistema y da como respuesta un ouput, el estado final, que proporciona información sobre el “proceso de cómputo” y el estado inicial. Parece un hecho físico incontrovertible que la información está continuamente transformándose, las leyes físicas así parecen requerirlo, no hay pérdida de información en un sistema físico, sólo hay procesamiento… Excepto cuando tratamos con un agujero negro.

En una primera aproximación la situación parece paradójica, un agujero negro no procesa nada, es capaz de tragarse la información a la misma velocidad que se traga la materia. La información queda atrapada en el interior del radio de Schwarzschild y no vuelve. De maera que existe una pérdida continua de bits en las proximidades de un agujero negro.

Hawking estudió esta cuestión en los setenta y apuntó que incluso teniendo en cuenta la radiación Hawking se perdería igualmente la información. Hay una manera simple de visualizar qué es eso de radiación Hawking, imaginemos el vacío en las proximidades de un agujero negro, en el límite del radio de Schwarzschild; entendiendo el vacío como lo entiende la Teoría Cuántica de Campos se están creando continuamente pares de partículas y antipartículas (o pares de fotones) virtuales con una existencia efímera, es el murmullo del vacío. Imaginemos que una de las partículas cae dentro del agujero y la otra escapa, como esa creación de pares virtuales no puede violar el principio de conservación de la energía la situación puede ser vista como una emisión de radiación por parte del agujero negro a costa de mermar su masa, y disminuir de radio; es decir, la transformación de energía virtual a real, al perderse tras el horizonte de sucesos una de las partículas virtuales, se realiza a costa de la disminución de masa del agujero. El agujero negro radia energía con el espectro típico de un cuerpo negro y acaba por evaporarse al cabo de un tiempo. Si la masa del agujero negro es normal, del orden de varias masas solares, la importancia de esta radiación es totalmente despreciable, pero si es pequeña es la causa de su desaparición casi inmediata emitiendo radiación gamma o partículas altamente energéticas.

Si se ve todo esto bajo el prisma de la Teoría de la Información, se podría entender a la radiación Hawking como el ouput del cómputo realizado por el agujero negro, es decir, después de todo el agujero negro no logra tragarse toda la información ya que devuelve procesada la información que recibe en forma de materia que cae a su interior o que colapsa gravitacionalmente. Sin embargo Hawking demostró que esto no era así, la radiación Hawking resulta un galimatías sin sentido ya que la creación de pares es totalmente arbitraria y no posee ninguna correlación con el interior del agujero, de manera que la información atrapada tras el horizonte de sucesos permanece ahí, tragada y oculta irremisiblemente. Se teclea ENTER y lo único que se oye es un ruido de fondo, un azar perfecto.

Esta paradójica situación era la opinión más extendida hasta hace poco tiempo. Pero se han elaborado últimamente modelos teóricos que sugieren que podría haber algún tipo de correlación entre la radiación Hawking y el interior del agujero negro. Ese galimatías sin sentido podría ser verdadera información procesada de manera bastante alambicada, el “código” se llama entrelazamiento cuántico, más conocido como efecto EPR. Gracias al entrelazamiento cuántico es posible que las partes de un sistema cuántico estén correlacionadas aunque entre ellas medie un gran distancia, midiendo uno de los subsistemas medimos en realidad el sistema entero, y la información queda incorporada de manera instantánea al otro subsistema.

Si los pares de partículas (o fotones) estuvieran cuánticamente entrelazados y el fotón que cae al interior se entrelaza cuánticamente con la materia que formó la singularidad, la radiación Hawking es portadora de información del interior del agujero. Pero lo sorprendente no es sólo eso, sino el hecho de que no haría falta siquiera que el subsistema que queda dentro del agujero sea “medido”, es decir, destruido, para que la información se incorpore instantáneamente a la radiación saliente, un observador externo podría determinarla debido a diversas conjeturas que aseguran que las singularidades, como la que existe en el interior de un agujero negro, únicamente puedan poseer un estado posible, eliminando cualquier otro.

Es tan solo una conjetura, pero lo suficiente como para sospechar que tras ese ruido de fondo caótico e incomprensible existe algo de información… de lo que reside escondido e impenetrable en el interior del agujero negro, que después de todo ni son tan negros, ni tan discretos.


1 Response to “Agujeros negros e información”


  1. 1 margarita
    octubre 15, 2008 a las 12:06 am

    hola mi flaca tqm


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