Cortafuegos (física) - Firewall (physics)
Un cortafuegos de agujero negro es un fenómeno hipotético en el que un observador que cae en un agujero negro encuentra cuantos de alta energía en (o cerca) del horizonte de eventos . El fenómeno del "cortafuegos" fue propuesto en 2012 por los físicos Ahmed Almheiri, Donald Marolf , Joseph Polchinski y James Sully como una posible solución a una aparente inconsistencia en la complementariedad de los agujeros negros . La propuesta a veces se denomina firewall AMPS , un acrónimo de los nombres de los autores del artículo de 2012. El uso de un cortafuegos para resolver esta inconsistencia sigue siendo controvertido, con los físicos divididos en cuanto a la solución de la paradoja.
La paradoja motivadora
Según la teoría cuántica de campos en el espacio-tiempo curvo , una sola emisión de radiación de Hawking implica dos partículas entrelazadas mutuamente . La partícula saliente escapa y se emite como un cuanto de radiación de Hawking; la partícula que cae es tragada por el agujero negro. Suponga que un agujero negro se formó un tiempo finito en el pasado y se evaporará completamente en algún tiempo finito en el futuro. Entonces, solo emitirá una cantidad finita de información codificada dentro de su radiación Hawking. Suponga que en ese momento ya se había emitido más de la mitad de la información. Según una investigación ampliamente aceptada por físicos como Don Page y Leonard Susskind , una partícula saliente emitida en un momento debe estar entrelazada con toda la radiación de Hawking que el agujero negro ha emitido previamente. Esto crea una paradoja : un principio llamado " monogamia de entrelazamiento " requiere que, como cualquier sistema cuántico, la partícula saliente no se pueda entrelazar completamente con dos sistemas independientes al mismo tiempo; sin embargo, aquí la partícula saliente parece estar entrelazada tanto con la partícula que cae como, independientemente, con la radiación de Hawking pasada.
Para resolver la paradoja, los físicos pueden eventualmente verse obligados a renunciar a una de las tres teorías probadas en el tiempo: el principio de equivalencia de Einstein , la unitaridad o la teoría cuántica de campos existente .
La resolución del "cortafuegos" a la paradoja
Algunos científicos sugieren que el entrelazamiento de alguna manera debe romperse inmediatamente entre la partícula que cae y la partícula que sale. Romper este enredo liberaría grandes cantidades de energía, creando así un abrasador "cortafuegos de agujero negro" en el horizonte de sucesos del agujero negro. Esta resolución requiere una violación del principio de equivalencia de Einstein, que establece que la caída libre es indistinguible de flotar en el espacio vacío. Esta violación se ha calificado de "indignante"; El físico teórico Raphael Bousso se ha quejado de que "un cortafuegos simplemente no puede aparecer en un espacio vacío, como tampoco puede aparecer una pared de ladrillos en un campo vacío y golpearte en la cara".
Resoluciones sin cortafuegos para la paradoja
Algunos científicos sugieren que, de hecho, no existe ningún entrelazamiento entre la partícula emitida y la radiación de Hawking anterior. Esta resolución requeriría la pérdida de información del agujero negro , una controvertida violación de la unitaridad.
Otros, como Steve Giddings, sugieren modificar la teoría cuántica de campos de modo que el entrelazamiento se pierda gradualmente a medida que las partículas salientes y las que caen se separan, lo que resulta en una liberación más gradual de energía dentro del agujero negro y, en consecuencia, sin cortafuegos.
Juan Maldacena y Leonard Susskind han sugerido en ER = EPR que las partículas que salen y que caen están conectadas de alguna manera por agujeros de gusano y, por lo tanto, no son sistemas independientes; sin embargo, a partir de 2013, esta hipótesis aún es un "trabajo en progreso".
La imagen de la bola de pelusa resuelve el dilema reemplazando el vacío ' sin pelo ' con un estado cuántico fibroso, acoplando así explícitamente cualquier radiación de Hawking saliente con el historial de formación del agujero negro.
Stephen Hawking recibió una amplia cobertura de los medios de comunicación en enero de 2014 con una propuesta informal para reemplazar el horizonte de sucesos de un agujero negro con un " horizonte aparente " donde la materia que cae se suspende y luego se libera; sin embargo, algunos científicos han expresado confusión acerca de qué se está proponiendo precisamente y cómo la propuesta resolvería la paradoja.
Características y detección
El cortafuegos existiría en el horizonte de eventos del agujero negro y sería invisible para los observadores fuera del horizonte de eventos. La materia que pasa a través del horizonte de sucesos hacia el agujero negro será inmediatamente "quemada hasta quemar" por una "vorágine hirviente de partículas" arbitrariamente caliente en el cortafuegos.
En una fusión de dos agujeros negros, las características de un cortafuegos (si lo hay) pueden dejar una marca en la radiación gravitacional saliente como "ecos" cuando las ondas rebotan en las proximidades del horizonte de eventos difuso. La cantidad esperada de tales ecos no está teóricamente clara, ya que los físicos actualmente no tienen un buen modelo físico de cortafuegos. En 2016, el cosmólogo Niayesh Afshordi y otros argumentaron que había signos tentativos de algún eco de este tipo en los datos de la primera fusión de agujeros negros detectada por LIGO; un trabajo más reciente ha argumentado que no hay evidencia estadísticamente significativa de tales ecos en los datos.
Ver también
- Paradoja de la información del agujero negro
- Termodinámica del agujero negro
- Objeto magnetosférico que colapsa eternamente