En relatividad general, los agujeros negros son objetos relativamente simples.Se puede describir mediante tres propiedades: masa, carga y rotación.Pero sabemos que la relatividad general es una teoría incompleta.La mecánica cuántica es más evidente en el comportamiento de los objetos pequeños, pero también juega un papel en objetos grandes como los agujeros negros.Se necesita la teoría de la gravedad cuántica para explicar los agujeros negros a nivel cuántico.Todavía no tenemos una teoría completa, pero lo que sí sabemos hasta ahora es que la mecánica cuántica hace que los agujeros negros sean más complejos, dándoles propiedades como la temperatura y la presión.
La temperatura es quizás la propiedad cuántica más conocida de los agujeros negros.Debido a la borrosidad de las partículas cuánticas, la energía no puede vincularse completamente al horizonte de sucesos del agujero negro.A veces, la energía puede escapar de una prisión de gravedad a través de un proceso conocido como radiación de Hawking.Aunque la cantidad de energía que escapa es pequeña, significa que la temperatura del agujero negro es muy baja.Esto significa que los agujeros negros se pueden describir comolas leyes de la termodinámica.Para las sustancias ordinarias, la termodinámica describe no solo la temperatura de un objeto, sino también propiedades como la presión.Y ahí es donde entra este nuevo estudio.
El equipo buscaba una propiedad termodinámica conocida.entropíaLa entropía es un concepto sutil que a menudo se describe como la medida del desorden de un sistema o la cantidad de información necesaria para describir un sistema.Está relacionado con la temperatura de un objeto a través de la segunda ley de la termodinámica.En un agujero negro, la entropía está relacionada con el área superficial del horizonte de eventos.Los físicos estudian la entropía de los agujeros negros porque puede ayudar a responder preguntas fundamentales de la gravedad cuántica, como si los agujeros negros pueden destruir información.
Entonces, el equipo trató de averiguar qué sucede cuando aplicamos la ecuación de entropía a un agujero negro simple y extendemos la ecuación de Einstein a la teoría cuántica. Este es un truco común conocido como el enfoque semiclásico.Cuando hicieron esto, siguieron obteniendo extraños términos adicionales en la ecuación que no esperaban.El término no tenía sentido hasta que el equipo lo consideró en términos de presión.Resulta que un término adicional, como los átomos de gas en un recipiente que crean una presión, cumple la misma función que la presión en un agujero negro.En otras palabras, si aplicas la teoría cuántica a un agujero negro, obtienes tanto la temperatura como la presión.
Al igual que la temperatura de Hawking, esta presión cuántica sobre un agujero negro es muy pequeña.Son demasiado pequeños para afectar los tipos de agujeros negros que vemos desde el espacio.Pero el hecho de que exista podría tener consecuencias tangibles para las regiones más extremas del universo, como el Big Bang.Aunque este modelo particular es demasiado simple para aplicarlo a sistemas reales, es una pista interesante para una teoría más completa de la gravedad cuántica.
referencia:Xavier Calmet, et al.“Corrección de la gravedad cuántica para la entropía deAgujero negro de Schwarzschild”.Revisión Física D 104.6 (2021): 066012.