Los agujeros negros no se quedan quietos.
Se agitan. Comen materia. Se estrellan entre sí y finalmente se evaporan en la nada. Durante medio siglo, los físicos los trataron como si fueran rocas estáticas e inmutables en el fin del universo. Eso está mal.
Un nuevo estudio de Penn State ha descubierto la termodinámica de los agujeros negros lejos del equilibrio al deshacerse de viejas reglas por algo que realmente se ajuste a la realidad.
Las viejas reglas solo funcionaban en agujeros negros congelados
Esto es lo que pasa con los agujeros negros. Son extremos. Gravedad aplastante. Escape cero.
En la década de 1970, Stephen Hawking nos mostró algo extraño. Los agujeros negros obedecen las leyes de la termodinámica. Las mismas reglas que dictan cómo se derrite el hielo o se enfría el café también parecen gobernar estos pozos cósmicos.
Pero había un problema.
“Las leyes de Hawking… tienen una limitación importante”, dice Abhay Ashtekar. Dirige el equipo de Penn State. “Fueron formulados para un agujero negro en equilibrio. Sin cambios en el tiempo”.
Los agujeros negros reales nunca permanecen así.
Se forman. Se fusionan. Se desvanecen.
Las viejas matemáticas funcionaron perfectamente para un hipotético agujero negro que se encuentra solo y no hace nada. Pero el universo no los reparte.
Por qué los horizontes de sucesos mienten en la entropía
La entropía mide el desorden. La Segunda Ley de la Termodinámica dice que nunca disminuye. En los agujeros negros, Hawking dijo que la entropía estaba ligada al área de la superficie del horizonte de eventos. Ese límite es donde la gravedad se vuelve demasiado fuerte para que escape la luz.
Suena sencillo. Que no es.
¿El problema? El horizonte de sucesos es teleológico.
Eso significa que su forma depende del futuro. No el presente. Para saber dónde está un horizonte de sucesos en este momento, tendrías que saber todo lo que cae o explota más adelante. Eso no tiene sentido para el seguimiento de la física en tiempo real.
“Las propiedades no pueden determinarse únicamente mediante la física local”, explica el coautor Jonathan Shu. “En lugar de eso, se basan en la predicción de eventos”.
Por lo tanto, no puedes usarlo para medir la entropía física de los agujeros negros dinámicos. La métrica se desmorona en el momento en que las cosas empiezan a moverse.
Los horizontes dinámicos resuelven el problema del tiempo.
La solución implica cambiar el horizonte de sucesos por otra cosa. Introduzca: horizontes dinámicos.
Estos no son fantasmas teóricos. Están definidos por propiedades físicas en un solo momento en el tiempo. No es necesario predecir el futuro.
El nuevo enfoque vincula la entropía directamente con dos cosas.
1. La energía del agujero negro.
2. Su giro.
Está más limpio. Más realista.
“Podemos aplicar estos conceptos generalizados… para comprender mejor la evaporación… y las fusiones de agujeros negros”. – Ashtekar
Esto es importante porque vemos esas fusiones todo el tiempo. Los detectores de ondas gravitacionales como LIGO captan las ondas. Pero sin una termodinámica precisa no podemos analizar completamente los datos. Estamos escuchando una conversación para la que aún no tenemos las palabras.
¿Esto cambia la forma en que vemos la gravedad?
Probablemente.
Daniel Paraizo, uno de los autores, señala el cambio. Los modelos anteriores trataban los agujeros negros como si tuvieran temperatura cero y entropía infinita. Absorbieron energía y no devolvieron nada. Aspiradoras puras.
Luego la radiación de Hawking cambió eso. Los agujeros negros pierden energía. Tienen temperatura. Pero las antiguas leyes del equilibrio no podían rastrear esa fuga sin problemas.
Ahora con horizontes dinámicos se puede rastrear la vida de un agujero negro. De la formación a la fusión y a la evaporación. Un hilo continuo de física en lugar de una serie de instantáneas inconexas.
No es magia. Son sólo las matemáticas las que finalmente admiten que el cambio es normal.
¿Explicará esto la gravedad cuántica? Tal vez. Por ahora simplemente nos permite dejar de fingir que los agujeros negros están congelados en ámbar. Están vivos en el sentido en que la física se preocupa por la vida: cambiar los sistemas.
Lo que suceda a continuación depende de qué tan bien se mantengan las simulaciones.
