Nada puede escapar de un agujero negro.La teoría general de la relatividad es muy clara en este punto.Si cruzas el horizonte de sucesos de un agujero negro, te pierdes para siempre en el espacio.Excepto que eso no es del todo cierto.Aunque cierto según la teoría de Einstein, la teoría general de la relatividad es un modelo clásico.No tiene en cuenta los aspectos cuánticos de la naturaleza.Para hacer eso, necesitamos una teoría de la gravedad cuántica que no tenemos.Pero tenemos algunas ideas sobre algunos de los efectos de la gravedad cuántica, y uno de los más interesantes eshalcones de radiación.
Una forma de estudiar la gravedad cuántica es observar cómo se comportan los objetos cuánticos en el espacio curvo.Generalmente, en la teoría cuántica, asumimos que el espacio es un fondo fijo y plano.La teoría especial de la relatividad todavía se aplica, pero la teoría general de la relatividad no.Por defecto, ignoramos la gravedad porque su efecto es muy pequeño.Esto funciona para cosas como los átomos en la gravedad de la Tierra.Sin embargo, la mecánica cuántica alrededor del horizonte de eventos de un agujero negro es muy diferente.
Aunque Hawking no fue el primero en estudiar el efecto cuántico de un agujero negro, demostró que el horizonte de sucesos no es constante.Si un objeto cuántico estuviera ligado para siempre a un agujero negro, estaríamos absolutamente seguros de dónde está.Sin embargo, los sistemas cuánticos son ambiguos y siempre hay incertidumbre sobre su posición.Podemos decir que un objeto cuántico probablemente esté dentro de un agujero negro, pero es poco probable que no lo esté.Esto significa que, con el tiempo, los objetos pueden hacer un túnel cuántico más allá del horizonte de eventos y escapar.Esto hace que el agujero negro pierda algo de masa, y cuanto menos masa tenga el agujero negro, más fácil será que escapen los objetos cuánticos.
Entonces, los agujeros negros pueden emitir una energía débil gracias a la radiación de Hawking.Lo interesante de esto es que el efecto vincula los agujeros negros con la termodinámica.Los agujeros negros emiten algo de luz, por lo que tienen temperatura.A partir de este simple hecho, los físicostermodinámica del agujero negroy, sobre todo, nos ayuda a comprender qué sucede cuando los agujeros negros se fusionan.
Eso es genial, pero el problema es que nunca hemos observado la radiación de Hawking.La mayoría de los físicos creen que sucede, pero no podemos probarlo.Y dado lo débil (teóricamente) que es la radiación de Hawking y lo lejos que está incluso el agujero negro más cercano, es poco probable que detectemos la radiación de Hawking en un futuro próximo.Entonces, los científicos, en cambio, observan sistemas analógicos como vórtices de agua o sistemas ópticos con propiedades similares a las de un horizonte.
Un estudio reciente en Physical Review Letters analizó los análogos de los agujeros negros ópticos y encontró efectos interesantes de la radiación de Hawking.Una forma de simular un agujero negro es crear paquetes de luz confinados en un material óptico no lineal.La materia actúa como una especie de puerta unidireccional, por lo que los fotones solo pueden ingresar al paquete en una dirección (como la naturaleza unidireccional de los horizontes de eventos de los agujeros negros).Del otro lado del paquete, los fotones solo pueden salir, de forma similar a un agujero blanco imaginario.Entonces, el sistema óptico modela un par de agujero negro/agujero blanco.
El equipo usó simulaciones por computadora para estudiar qué sucede cuando un sistema cuántico pasa a través de un par simulado.Descubrieron que los pares podían usarse para crear un efecto cuántico conocido como entrelazamiento.Cuando dos partículas se crean como un par cuántico, se entrelazan, lo que significa que su interacción con una también afectará a la otra.Creemos que cuando las partículas escapan de un agujero negro a través de la radiación de Hawking, lo hacen en pares entrelazados.Este último estudio muestra que los pares simulados de agujero negro/agujero blanco pueden usarse para alterar el enredo de los sistemas que pasan a través de ellos.El sistema también se puede ajustar para fortalecer o debilitar el enredo.
Si bien este estudio respalda la idea de que la radiación de Hawking se produce en pares entrelazados, también muestra cómo se puede ajustar experimentalmente el entrelazamiento. Esto será muy útil para otras investigaciones como la teoría de la información y la computación cuántica.El siguiente paso es hacer este tipo de experimentos en el laboratorio.Si funciona como se espera, podríamos tener una nueva y poderosa forma de estudiar los sistemas cuánticos.
referencia:Agullo, Iván, Anthony J. Brady and Dimitrios Kranas.“Aspectos cuánticos de la radiación de Hawking excitada en pares de agujeros blancos-negros analógicos ópticos.”Carta de revisión física 128.9 (2022): 091301.