¿Escotilla de escape de los agujeros negros: otro universo?

La audaz sugerencia de Hawking y por qué seguimos hablando de ella

Cuando Stephen Hawking anunció por primera vez que los agujeros negros emiten radiación térmica, alteró un siglo de suposiciones: los objetos que antes se creía que ocultaban toda la información para siempre podían evaporarse lentamente. Ese hallazgo creó la moderna paradoja de la información: si la radiación de Hawking es genuinamente aleatoria, los detalles cuánticos de cualquier cosa que cayera en un agujero se perderían irremediablemente, y las leyes de la mecánica cuántica se romperían. Durante las últimas décadas, la paradoja ha sido el motor de algunos de los desarrollos más dinámicos de la física teórica: la holografía, la complementariedad, los cálculos de entrelazamiento y, más recientemente, la idea de "islas" de entrelazamiento que transportan información fuera de un agujero.

Por qué era importante la paradoja

La tensión es sencilla de plantear y profunda en sus consecuencias. La teoría cuántica insiste en que los procesos físicos son unitarios: conocer el presente, en principio, permite reconstruir el pasado. La relatividad general, en el cálculo semiclásico de Hawking, parecía mostrar lo contrario para los agujeros negros. Si la información se perdiera realmente, los pilares básicos de la física —la mecánica estadística y la propia teoría cuántica— estarían en problemas. El resultado fue una lucha intelectual de décadas entre defensores de diferentes puntos de vista: algunos argumentaban que la información debía ser destruida, otros que se codifica en correlaciones sutiles o en el horizonte.

De la paradoja al consenso de trabajo: la información sale

Dos hilos conductores a lo largo de los últimos diez años empujaron a muchos teóricos hacia un consenso práctico: los efectos de la gravedad cuántica, por pequeños que sean, pueden modificar la conclusión original de Hawking para que la información no se pierda; y el enfoque holográfico ofrece un marco firme sobre cómo podría suceder esto. Los cálculos que utilizan ideas de la correspondencia holográfica —una equivalencia exacta entre ciertos sistemas gravitacionales y teorías de campos cuánticos de menor dimensión— muestran que la entropía de los agujeros negros en evaporación sigue la curva de Page esperada para una evolución unitaria. Otros enfoques, que examinan la estructura del entrelazamiento cuántico de la radiación, producen "islas": regiones que codifican eficazmente la información interior en la radiación saliente.

Esos resultados son importantes porque cambian el balance: la información sobre lo que cayó dentro no se destruye. Pero esa respuesta viene con una gran salvedad. La información suele estar dispersa en volúmenes inmensos de espacio y entrelazada de formas exponencialmente complejas; reconstruir un sistema cuántico caído a partir de la radiación sería una tarea tan prohibitivamente difícil que resulta efectivamente imposible en la práctica.

Hologramas, complementariedad y lo invisible en la práctica

Leonard Susskind y otros subrayaron que la información no se pierde en principio —se preserva la unitariedad—, pero se vuelve computacionalmente inaccesible. Una reconstrucción externa requeriría un número astronómicamente grande de operaciones, lo que de hecho hace que la información sea irrecuperable en cualquier experimento realista. De este modo, el aguijón filosófico de la afirmación original de Hawking se suaviza: las leyes permanecen intactas, pero el determinismo se convierte en una cuestión de complejidad práctica tanto como de principio.

¿Podría un agujero negro escupir materia hacia otro universo?

La idea de que la materia que cae podría terminar en otro universo es anterior a los avances técnicos recientes. Se presenta en varias versiones. Una es la imagen de los agujeros negros como sitios de nucleación de "universos bebés": en ciertos escenarios de gravedad cuántica, el interior puede desprenderse y convertirse en un dominio en expansión desconectado de nuestro espacio-tiempo. Otra vía es a través de agujeros de gusano y topologías no triviales: los efectos cuánticos podrían conectar regiones de formas que la relatividad general clásica no permite.

El propio Hawking especuló que parte de lo que cruza el horizonte podría reaparecer en otro lugar, quizás en un universo separado. Eso sigue siendo especulativo. Los cálculos contemporáneos que devuelven la información al exterior no implican un túnel físico visible que transportaría objetos macroscópicos intactos a otro cosmos. En su lugar, muestran cómo las correlaciones cuánticas y las sutilezas del espacio-tiempo pueden codificar información sobre los estados interiores en la radiación saliente. Para un humano o una nave espacial, las fuerzas de marea y la termalización en el horizonte siguen siendo fatales; la respuesta pragmática a si se podría viajar a través de un agujero negro y sobrevivir sigue siendo no.

El interior es la próxima frontera

Quizás el misterio más persistente es qué sucede realmente dentro de un agujero negro en evaporación. Los nuevos cálculos que rescatan la información funcionan principalmente en el horizonte o justo fuera de él, o en modelos de juguete susceptibles de duales holográficos exactos. Todavía no ofrecen una imagen detallada y generalmente aceptada de la geometría y la dinámica interior. Las especulaciones han oscilado desde interiores suaves compatibles con la complementariedad, hasta firewalls —zonas violentas de cuantos de alta energía en el horizonte—, o equivalencias más exóticas en las que configuraciones interiores distintas son secretamente el mismo estado visto desde diferentes formas de segmentar el espacio-tiempo.

Cómo se vincula esto con la inflación, el multiverso y el infinito

La pregunta de qué hay más allá de un agujero negro se conecta naturalmente con ideas cosmológicas más amplias. La inflación cósmica y la inflación eterna predicen un paisaje de dominios causalmente desconectados; en algunas interpretaciones, estos son literalmente "otros universos". Los físicos también han comparado el multiverso producido por la inflación eterna —una colección de universos burbuja que prolifera exponencialmente— con los muchos mundos que surgen de la mecánica cuántica. Un punto útil, aunque técnico: en estas imágenes surgen diferentes tipos de "infinitos". El multiverso inflacionario tiende hacia un tipo de infinito exponencial; la estructura de ramificación de los muchos mundos es combinatoria y podría ser un tipo de infinito aún mayor.

Reconciliar esos infinitos nos indica si un multiverso de mecánica cuántica con todas las posibilidades podría realizarse físicamente en algún lugar de un espacio-tiempo inflacionario más grande. El pensamiento actual sugiere que, a menos que la inflación sea eterna en el pasado o que la región inflacionaria haya nacido con una extensión espacial infinita, no se encontrará literalmente cada rama de posibilidad cuántica realizada como un bolsillo inflacionario distinto. Esas son profundas preguntas abiertas que atraviesan la cosmología y los fundamentos cuánticos, y muestran cómo la física de los agujeros negros, la gravedad cuántica y la cosmología son partes del mismo nudo conceptual.

Lo que importa de cara al futuro

Para los investigadores, el camino a seguir es técnico y concreto: explorar el interior, perfeccionar el diccionario holográfico, probar modelos de juguete y llevar la simulación cuántica a regímenes que se aproximen a la dinámica gravitacional. Para el público curioso, la lección es más sutil. Los agujeros negros nos enseñaron que la paradoja es una fuerza productiva en la física: las contradicciones aparentes nos obligan a inventar nuevas ideas —holografía, complejidad, superficies extremas cuánticas— y esas ideas a menudo encuentran aplicaciones mucho más allá de su contexto original.

En qué punto nos encontramos

Fuentes

• Nature (Artículo de Stephen Hawking de 1974 sobre la radiación de los agujeros negros)
• Stanford Institute for Theoretical Physics (investigación y perspectivas sobre la información de los agujeros negros)
• Institute for Advanced Study (trabajo sobre holografía y gravedad cuántica)
• University of California, Berkeley (islas de entrelazamiento y cálculos recientes de entropía)
• Event Horizon Telescope Collaboration (estudios observacionales de entornos de agujeros negros)
• University of Sussex (revisiones y comentarios sobre gravedad cuántica e información)