{"id":12427,"date":"2024-07-05T06:00:04","date_gmt":"2024-07-05T06:00:04","guid":{"rendered":"https:\/\/revistanyt.com.ar\/online\/?p=12427"},"modified":"2024-07-04T22:37:03","modified_gmt":"2024-07-04T22:37:03","slug":"un-aporte-desde-bariloche-para-entender-mejor-los-monstruosos-agujeros-negros","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistanyt.com.ar\/online\/un-aporte-desde-bariloche-para-entender-mejor-los-monstruosos-agujeros-negros\/","title":{"rendered":"Un aporte desde Bariloche para entender mejor los monstruosos agujeros negros"},"content":{"rendered":"

Los agujeros negros son objetos que hacen curvar el espacio-tiempo de maneras extremas, fascinan en m\u00faltiples pel\u00edculas de ciencia ficci\u00f3n y han generado innumerables debates en la comunidad f\u00edsica. Ahora, un equipo de f\u00edsicos, en el que participa Javier Mag\u00e1n, un cient\u00edfico espa\u00f1ol que trabaja en el Instituto Balseiro, Conicet y el Centro At\u00f3mico de Bariloche, propuso una explicaci\u00f3n de por qu\u00e9 se comportan como \u201cobjetos termodin\u00e1micos\u201d.<\/strong><\/span><\/p>\n

La f\u00edsica te\u00f3rica que se hace en el Instituto Balseiro atrae a profesionales de distintos pa\u00edses que llegan cada a\u00f1o a esta instituci\u00f3n ubicada en la ciudad de Bariloche. Javier Mag\u00e1n, un cient\u00edfico espa\u00f1ol, que trabaja en la actualidad en el Instituto Balseiro (CNEA-UNCUYO), CONICET y el Centro At\u00f3mico de Bariloche de la Comisi\u00f3n Nacional de Energ\u00eda At\u00f3mica, acaba de publicar con colegas de otros pa\u00edses un paper en el que proponen una soluci\u00f3n al problema del \u201corigen microsc\u00f3pico de la entrop\u00eda de agujeros negros\u201d, esos objetos astrof\u00edsicos con alta concentraci\u00f3n de materia y energ\u00eda que hacen curvar el espacio-tiempo de maneras extremas.<\/p>\n

El art\u00edculo, publicado el 1 de abril en la revista Physical Review Letters, fue seleccionado y reconocido por la American Physical Society (APS), que es una de las asociaciones de f\u00edsica m\u00e1s importantes, para su env\u00edo a medios de comunicaci\u00f3n de distintos pa\u00edses del mundo.<\/p>\n

El punto es que desde que el f\u00edsico Karl Schwarzschild predijo la existencia de los agujeros negros en base a la Teor\u00eda de la Relatividad General de Einstein, la f\u00edsica de estos monstruosos objetos del espacio ha intrigado a la ciencia. En el art\u00edculo reci\u00e9n publicado, el equipo integrado por Mag\u00e1n y colegas logr\u00f3 explicar y probar, a partir de un novedoso modelo te\u00f3rico de \u201cmicroestados\u201d de agujeros negros, un famoso planteo realizado en 1970 por otros dos f\u00edsicos, Jacob Bekenstein y Stephen Hawking, sobre el comportamiento \u201ctermodin\u00e1mico\u201d y la \u201centrop\u00eda\u201d de los agujeros negros.<\/p>\n

La entrop\u00eda y sus microestados<\/strong><\/p>\n

La termodin\u00e1mica describe la din\u00e1mica energ\u00e9tica de sistemas de muchos \u00e1tomos, o subpart\u00edculas, a trav\u00e9s de magnitudes macrosc\u00f3picas, como la temperatura, la presi\u00f3n y la entrop\u00eda. Esta disciplina ayud\u00f3 a comprender y desarrollar, por ejemplo, la m\u00e1quina de vapor y los motores a combusti\u00f3n de las m\u00e1quinas que transportan a personas en todo el mundo. Una de sus leyes, la segunda, plantea que la entrop\u00eda termodin\u00e1mica s\u00f3lo puede crecer o permanecer constante.<\/p>\n

\u00bfPero qu\u00e9 es la entrop\u00eda termodin\u00e1mica a nivel microsc\u00f3pico? En palabras muy simples, la entrop\u00eda tiene que ver con el grado de desorden de un sistema termodin\u00e1mico. Cuanta mayor la cantidad de elementos, mayor la cantidad de potencial desorden y, por tanto, mayor la cantidad de entrop\u00eda. Esto fue formulado por Ludwig Boltzmann, a fines del siglo XIX, quien vincul\u00f3 la entrop\u00eda termodin\u00e1mica con el n\u00famero de posibles estados o \u201cmicroestados\u201d de un sistema.<\/p>\n

Bekenstein y Hawking, por su parte, propusieron, en base a la teor\u00eda de la relatividad general y la f\u00edsica cu\u00e1ntica, que los agujeros negros siguen las leyes de la termodin\u00e1mica y que, por tanto, tienen una entrop\u00eda. Sorprendentemente, descubrieron que la entrop\u00eda del agujero negro no es proporcional al volumen o al tama\u00f1o del objeto, como ocurre en todos los sistemas f\u00edsicos conocidos, sino que en el caso de un agujero negro su entrop\u00eda es proporcional a su \u00e1rea. El desaf\u00edo pendiente, siguiendo los planteamientos de Boltzmann, era dar una explicaci\u00f3n microsc\u00f3pica de esta entrop\u00eda, es decir relacionarla con el n\u00famero de microestados posibles de un agujero negro.<\/p>\n

En el reciente paper, publicado en abril, y tambi\u00e9n en un reciente trabajo publicado previamente en Physical Review X, Mag\u00e1n, y sus colegas Vijay Balasubramanian, Albion Lawrence y Mart\u00edn Sasieta, que investigan en los Estados Unidos, lograron construir un modelo te\u00f3rico de microestados de agujeros negros. Usando esta construcci\u00f3n, probaron que el n\u00famero de microestados es consistente con la f\u00f3rmula de la entrop\u00eda Bekenstein-Hawking.<\/p>\n

Un aporte para entender el universo<\/strong><\/p>\n

\u201cProbablemente el aspecto m\u00e1s sorprendente de nuestro trabajo es la construcci\u00f3n expl\u00edcita y universal de estos microestados de agujeros negros, y de superposiciones de ellos. Los conjuntos construidos contienen infinitos microestados que describen la velocidad y la posici\u00f3n de un gas de part\u00edculas en el interior del agujero negro, y todos ellos tienen descripciones geom\u00e9tricas diferentes entre s\u00ed\u201d, cont\u00f3 el investigador del CONICET Javier Mag\u00e1n. Y agreg\u00f3: \u201cNuestra construcci\u00f3n aplica a todo agujero negro y despeja las dudas que hab\u00eda acerca de la existencia de microestados con descripciones semicl\u00e1sicas, geom\u00e9tricas, con horizontes de eventos y singularidades\u201d.<\/p>\n

\u201cEl segundo aspecto novedoso de nuestro trabajo es la t\u00e9cnica para determinar la entrop\u00eda del agujero negro, que est\u00e1 basada en la determinaci\u00f3n del n\u00famero de estados cu\u00e1nticos independientes entre un conjunto dado. Esto se consigue gracias a la consideraci\u00f3n y construcci\u00f3n de agujeros de gusano, que son t\u00faneles que proveen atajos entre diferentes regiones del espacio-tiempo, o que conectan incluso diferentes espacio-tiempos. Estos agujeros de gusano implican relaciones no triviales entre los infinitos microestados construidos\u201d, agreg\u00f3 Mag\u00e1n, que es doctor en F\u00edsica Te\u00f3rica por la Universidad Aut\u00f3noma de Madrid y trabaja en el grupo de Part\u00edculas y Campos del Centro At\u00f3mico Bariloche.<\/p>\n

Los investigadores tambi\u00e9n utilizaron este modelo te\u00f3rico de microestados para resolver una conjetura sobre el tama\u00f1o del interior del agujero negro. \u201cLeonard Susskind hab\u00eda conjeturado que hab\u00eda un l\u00edmite superior al tama\u00f1o interior de un agujero negro, y que este l\u00edmite estaba controlado por su entrop\u00eda. En nuestra construcci\u00f3n, el problema de entender el origen estad\u00edstico de la entrop\u00eda del agujero negro y el problema de demostrar el l\u00edmite del tama\u00f1o interior del agujero se vuelven uno solo, y quedan resueltos a la vez gracias a la consideraci\u00f3n de los agujeros de gusano\u201d, explic\u00f3 Mag\u00e1n, que adem\u00e1s de investigar en este campo de la f\u00edsica te\u00f3rica se dedica a dirigir tesis de licenciatura y maestr\u00edas sobre estas tem\u00e1ticas en el Instituto Balseiro, instituci\u00f3n p\u00fablica dependiente de la Comisi\u00f3n Nacional de Energ\u00eda At\u00f3mica (CNEA) y la Universidad Nacional de Cuyo (UNCUYO).<\/p>\n

\u201cB\u00e1sicamente, microestados de agujeros negros con interiores suficientemente grandes, por encima del l\u00edmite conjeturado, se pueden escribir como superposiciones cu\u00e1nticas de microestados de agujeros negros con interiores m\u00e1s peque\u00f1os. Este fen\u00f3meno de superposici\u00f3n cu\u00e1ntica macrosc\u00f3pica es un aspecto bastante impactante de la din\u00e1mica de agujeros negros y de sus microestados\u201d, agreg\u00f3 el f\u00edsico.<\/p>\n

Miradas de colegas<\/strong><\/p>\n

Horacio Casini, profesor del Instituto Balseiro e investigador del citado grupo en el Centro At\u00f3mico Bariloche, que no particip\u00f3 en el citado art\u00edculo, utiliz\u00f3 una met\u00e1fora para explicar el aporte de Mag\u00e1n y colegas. \u201cSi el agujero negro fuera un dado de seis caras, entonces Bekenstein y Hawking habr\u00edan descubierto hace 50 a\u00f1os que su entrop\u00eda era logaritmo de seis. Describir la entrop\u00eda de un agujero negro a partir de sus microestados, que es algo que plantean Mag\u00e1n y sus colegas, es lograr entender que esta entrop\u00eda se origina en el conjunto de todas las caras posibles de ese dado: la cara del 1 arriba, o la del 2, o la del 3 y as\u00ed\u201d, coment\u00f3.<\/p>\n

A su vez, Casini destac\u00f3 que siempre se pens\u00f3 que los microestados del agujero negro ser\u00edan muy complicados de describir ya que todos ellos tienen el mismo aspecto vistos desde fuera. \u201cEn este trabajo Javier Mag\u00e1n y sus colaboradores mostraron algo sorprendente: esos microestados se pueden describir con las mismas ecuaciones de Einstein como diferentes cosas que est\u00e1n pasando dentro del agujero negro\u201d, destac\u00f3 el investigador del CONICET, que es referente mundial de la f\u00edsica te\u00f3rica.<\/p>\n

Por su parte, Roberto Emparan, investigador de ICREA (siglas de Instituci\u00f3n Catalana de Investigaci\u00f3n y Estudios Avanzados) en el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona y que no particip\u00f3 en la investigaci\u00f3n, puso en contexto: \u201cHace ya medio siglo, Jacob Bekenstein y Stephen Hawking propusieron una idea radical: los agujeros negros, que no son sino espacio-tiempo curvado al l\u00edmite de forma que nada puede escapar de ellos, son, a un nivel fundamental, sistemas cu\u00e1nticos extremadamente desordenados\u2014es decir, poseen una enorme entrop\u00eda. Pero su propuesta no aclaraba el origen microsc\u00f3pico de esta entrop\u00eda, esto es, cu\u00e1l es el an\u00e1logo a las mol\u00e9culas en movimiento ca\u00f3tico que explica la entrop\u00eda de un gas. Desde entonces, pese a avances muy significativos, en especial empleando las teor\u00edas de cuerdas, el problema sigue sin encontrar una respuesta totalmente satisfactoria\u201d.<\/p>\n

Para Emparan, el equipo de Javier Mag\u00e1n y colegas ha realizado un avance muy significativo en esa direcci\u00f3n. \u201cHan demostrado que la entrop\u00eda del agujero negro se puede entender como originada por una gran cantidad de diferentes geometr\u00edas interiores que, sin embargo, son indistinguibles para cualquier observador que permanezca en el exterior del agujero negro. La construcci\u00f3n que han hecho es muy general, clara, y basada en ideas y m\u00e9todos de amplia aplicabilidad, y sus resultados indican que bajo la descripci\u00f3n geom\u00e9trica del espaciotiempo, subyace una irreducible aleatoriedad fundamental\u201d.<\/p>\n

Ahora bien, \u00bfcu\u00e1les son los siguientes pasos? Una posible direcci\u00f3n, plante\u00f3 Mag\u00e1n, es extender este tipo de construcciones te\u00f3ricas al universo en su conjunto. Aunque como es com\u00fan en la ciencia de frontera, nunca se sabe qu\u00e9 otros interrogantes y caminos se pueden despertar. De hecho, cuando a principios del siglo XX Albert Einstein present\u00f3 la Teor\u00eda de la Relatividad General nadie sab\u00eda que sus c\u00e1lculos tendr\u00edan impacto en el nacimiento de la f\u00edsica cu\u00e1ntica, y en el desarrollo de nuevas tecnolog\u00edas como las comunicaciones de telefon\u00eda celular y hasta los GPS. Habr\u00e1 que esperar para ver c\u00f3mo sigue esta historia.<\/p>\n

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Por Laura Garc\u00eda Oviedo, \u00c1rea de Comunicaci\u00f3n y Prensa del Instituto Balseiro<\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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