Hawking hizo una predicción sobre los agujeros negros, y los físicos simplemente la confirmaron

Por sí solo, un agujero negro es muy fácil de describir. Las únicas propiedades observables que tiene un agujero negro son su masa, su carga eléctrica (generalmente cero) y su rotación o giro. No importa cómo se forme un agujero negro. Al final, todos los agujeros negros tienen la misma estructura general. Lo cual es extraño cuando lo piensas. Junta suficiente hierro y roca y obtendrás un planeta. Mezcle hidrógeno y helio y podrá hacer una estrella. Pero podrías juntar recortes de césped, chicle y viejosHarry Potterlibros, y obtendría el mismo tipo de agujero negro que obtendría si solo usara hidrógeno puro.

Este extraño comportamiento de los agujeros negros se conoce como el teorema de la ausencia de pelo y se relaciona con lo que se conoce como el paradoja de la información. En resumen, dado que todo en el universo puede describirse mediante una cierta cantidad de información y los objetos no pueden simplemente desaparecer, la cantidad total de información en el universo debería ser constante. Pero si arrojas una silla a un agujero negro, simplemente aumenta la masa y el giro del agujero negro. Se pierde toda la información sobre el color de la silla, si es de madera o acero, y si es alta o baja. Entonces, ¿a dónde fue esa información?

Un agujero negro parece despojar a los objetos de información. Crédito: [correo electrónico protegido] - Gravitación @ Universidad de Aveiro

Una solución a esta paradoja de la información podría ser posible gracias a Stephen Hawking. En 1974, demostró que el horizonte de sucesos de un agujero negro podría no ser absoluto. Debido a la indeterminación cuántica, los agujeros negros deberían emitir una pequeña cantidad de luz ahora conocida como radiación de Hawking. La radiación de Hawking nunca se ha observado, pero si existe, la información que se pierde cuando los objetos entran en un agujero negro podría salir del agujero negro a través de esta luz. Por tanto, la información no se pierde realmente.

Si la radiación de Hawking es real, eso también significa que los agujeros negros siguen las leyes de la termodinámica. Es una idea propuesta por primera vez por Jacob Bekenstein. Si los agujeros negros emiten luz, entonces deben tener una temperatura térmica. Partiendo de la idea de Bekenstein, varios físicos han demostrado que existe un conjunto de leyes para los agujeros negros conocidas como termodinámica del agujero negro.

Dado que está leyendo este artículo, probablemente esté familiarizado con la segunda ley de la termodinámica, que establece que la entropía de cualquier sistema debe aumentar. Esta es la razón por la que una taza de café caliente se enfría con el tiempo, calentando ligeramente la habitación hasta que el café y la habitación tienen la misma temperatura. Nunca verá una taza de café fría calentarse espontáneamente mientras enfría ligeramente la habitación. Otra forma de enunciar la segunda ley es que el calor fluye de un objeto caliente a los objetos más fríos circundantes.

Los datos de ondas gravitacionales muestran un aumento en el área del agujero negro. Crédito: Isi, Maximiliano, et al.

Para los agujeros negros, la segunda ley de la termodinámica se aplica al área del horizonte de eventos de un agujero negro. La temperatura de Hawking de un agujero negro está relacionada con esta área. Cuanto más grande es el agujero negro, menor es su temperatura de Hawking. Entonces, la segunda ley de la termodinámica de los agujeros negros dice que para cualquier fusión de agujeros negros, la entropía debe aumentar. Eso significa que el área de superficie del agujero negro resultante debe ser mayor que las áreas de superficie de los dos agujeros negros originales combinados. Esto se conoce comoTeorema del área de Hawking.

Por supuesto, todo esto es un montón de teoría matemática. Es lo que esperamos dado nuestro conocimiento de la física, pero demostrarlo es un asunto diferente. Ahora un estudio enCartas de revisión físicanos ha dado evidencia de que es cierto. [^ 1] El equipo analizó la primera observación de dos agujeros negros fusionados. El evento ahora se conoce como GW150914 y fue una fusión de un agujero negro de 29 masas solares con uno de 36 masas solares. Usando un nuevo método de análisis de las ondas gravitacionales que produjeron, el equipo pudo calcular las áreas de la superficie del horizonte de eventos para los agujeros negros originales. Cuando los compararon con el área de superficie del último agujero negro de 62 masas solares, encontraron que el área total aumentó.

Los resultados tienen un nivel de confianza del 97%, lo cual es bueno pero no lo suficientemente fuerte como para ser considerado una prueba definitiva. Pero este método se puede aplicar a otras fusiones de agujeros negros, y es la primera evidencia real de que la termodinámica de los agujeros negros es más que una simple teoría.

Referencia:Isi, Maximiliano, et al. “ Prueba de la ley del área de un agujero negro con GW150914 .”Cartas de revisión física127.1 (2021): 011103.