El mundo de la física está entusiasmado con la noticia esta semana de que Stephen Hawking ha resuelto la famosa paradoja de la pérdida de información en agujeros negros y que incluso ha descubierto “una manera de escapar” de ellos. Sin embargo, estos anuncios vertiginosos son un tanto prematuros; la paradoja aún persevera.

Hawking, físico de la Universidad de Cambridge, primero descubrió el enigma en la década de 1970, cuando predijo que de los agujeros negros —supuestamente pozos gravitacionales ineludibles— se escapaba luz, la llamada radiación de Hawking. Con el tiempo, un agujero negro puede emitir teóricamente tanta radiación que llega a evaporarse por completo. Ese resultado, sin embargo, presenta un problema porque parece sugerir que los agujeros negros destruyen información, algo imposible de acuerdo con la teoría de la mecánica cuántica.

Una paradoja

Los agujeros negros, como todo lo demás, deben mantener un registro de la mecánica cuántica de su formación. Puede surgir un agujero negro, por ejemplo, de la muerte de una gran estrella que se quedó sin combustible para la fusión nuclear y colapsó bajo su propia gravedad. De acuerdo con la mecánica cuántica, el agujero negro debe almacenar la información sobre la estrella que le dio origen, así como cualquier materia que haya caído desde entonces. Pero si el agujero negro alguna vez se evapora, parecería que la información sería destruida.

Los físicos han tratado de encontrar una manera para que la información se escape de la desaparición del agujero negro a través de la radiación de Hawking. El problema con este escenario, sin embargo, es que los agujeros negros parecen no tener forma de difundir información a esta radiación. Los agujeros negros, de hecho, son objetos muy simples de acuerdo con la teoría de la relatividad general, que primero predijo su existencia. Solo tienen tres propiedades: masa, carga y momento angular; más allá de esas variables, no tienen características, no hay otros detalles; en la lengua vernácula de los físicos, se dice que “no tienen pelo”.

Hawking dio a conocer una posible “respuesta” a la paradoja de la pérdida de información —una forma de lograr que los agujeros negros tengan “pelo”— durante una presentación realizada en el Instituto Real de Tecnología KTH, de Estocolmo, el 25 de agosto: “Propongo que la información no se almacena en el interior del agujero negro como uno podría esperar, si no en su límite, el ‘horizonte de sucesos’”, dijo. El horizonte de sucesos es la frontera teórica de un agujero negro, un punto esférico “sin retorno” para la materia entrante. Hawking sugirió además que la información reside en las llamadas “súper traducciones” en el horizonte de sucesos, que son huellas que podrían causar un cambio en la posición o en el momento de las partículas que se emiten a través de la radiación de Hawking.

Estas súper traducciones estarían formadas por las partículas de la estrella muerta y cualquier materia que cayó en el agujero negro cuando cruzó por primera vez el horizonte de sucesos. Hawking admitió que la información no sería fácilmente recuperable, pero sostuvo que al menos no sería destruida, resolviendo así la paradoja. “La información sobre las partículas entrantes se devuelve, pero en una forma caótica inútil”, dijo. “Para todos los efectos prácticos, la información se pierde”.

Un “mayor estado de confusión”

La mayoría de los físicos dice que es demasiado pronto para saber si la idea de Hawking es un verdadero paso adelante. Su presentación fue breve; él y dos colaboradores —el físico de Cambridge Malcolm Perry y Andrew Strominger, de la Universidad de Harvard— prevén publicar un artículo en los próximos meses detallando su idea. “Creo que [la idea] tiene promesa”, dice Sabine Hossenfelder, física del Instituto Nórdico de Física Teórica que asistió a la charla. “Pero hasta ahora no es una solución completa”.

Hawking describió los fundamentos detrás de su idea de que las súper traducciones pueden codificar información. “Eso puede ser así”, añade Hossenfelder, “pero por el momento es poco claro cómo ocurre y cuán eficientemente sucede. Además, ¡el mecanismo que tienen para almacenar información en realidad les permite almacenar demasiada información!”.

Y las súper traducciones son apenas una de las soluciones sobre la mesa. En los últimos años los físicos han planteado una serie de ideas para resolver —o complicar aún más— la paradoja de la pérdida de información. “Para ser totalmente honesto debo decir que [la paradoja] está en una confusión aún mayor ahora de lo que ha estado nunca”, señala el físico Ulf Danielsson de la Universidad de Uppsala, en Suecia, quien estuvo presente en la presentación. “Mientras Hawking dice que ha resuelto la paradoja de la información, para mí eso significa que ahora hay otro ingrediente que se suma, y la pregunta es: ¿esto realmente resolverá algo o simplemente nos dejará en un mayor estado de confusión? No estoy muy seguro”.

Misterios mayores

Pase lo que pase en el escenario de Hawking, el tema continuará siendo un punto candente en la física. La pregunta no es solo una consideración arcaica sobre los agujeros negros; está fuertemente atada a misterios más grandes sobre la naturaleza y origen del universo. Y para responder a la pregunta, los físicos probablemente necesiten no solo entender mejor a los agujeros negros si no tener una teoría completa de la gravedad cuántica, una teoría que por ahora no existe.

Los agujeros negros son objetos desconcertantes en parte porque invocan dos teorías diferentes de la mecánica cuántica de la naturaleza —que gobierna el mundo subatómico— y de la relatividad general, que describe la gravedad y reina sobre grandes escalas cósmicas. Sin embargo, las dos teorías son fundamentalmente incompatibles. Lo que los físicos necesitan es una forma de describir la gravedad de acuerdo con las reglas cuánticas.

Al invocar tanto la mecánica cuántica y la relatividad, la paradoja de la pérdida de información “nos da la oportunidad de enfocar lo que sabemos y lo que no sabemos y tratar de llegar a las implicancias de las diferentes hipótesis sobre la gravedad cuántica”, dice el físico Lee Smolin, del Instituto Perimeter de Física Teórica en Ontario.

Smolin y Hossenfelder colaboraron recientemente en un artículo de revisión que resumió todas las soluciones posibles para el rompecabezas de la pérdida de información y concluyeron que en su mayoría se dividen en seis categorías, y que cada una toma un camino diferente para resolver la aparente paradoja. Una posibilidad es que la información realmente se destruye, y tal vez esa prohibición de la mecánica cuántica es errónea. Otra es que dentro de un agujero negro una nueva región del espacio-tiempo forma una especie de universo bebé, en el que se conserva la información.

Otras soluciones involucran objetos teóricos llamados “agujeros blancos” —lo opuesto de los agujeros negros—, en los que se invierte el flujo del tiempo y nada puede caer en ellos, solo salir (incluida la información). Luego está la posibilidad de que los agujeros negros nunca se evaporen realmente, y que solo se reduzcan a tamaños increíblemente pequeños, preservando así la información. O quizás la información es copiada de alguna forma desde el interior de un agujero negro hacia el exterior, de modo que cuando un agujero negro se destruye queda la copia exterior. Y finalmente hay propuestas en las que la información es codificada en un horizonte del agujero negro, de varias maneras: la idea de Hawking entra en esta categoría. “Lamentablemente, creo que la situación real es que tenemos un enigma y que tenemos varias maneras de salir pero simplemente no sabemos lo suficiente”, dice Smolin. “Incluso podría ser que en la naturaleza existan diferentes tipos de agujeros negros y algunos resuelvan el enigma de una manera y otros de otra”.

Cualquiera que sea la solución que resulte, puede afectar no solo a los agujeros negros sino también a un evento teóricamente relacionado: el Big Bang. El pequeño y denso estado de los agujeros negros es muy similar a la presunta situación de nuestro universo en su nacimiento, y se aplican muchas de las mismas consideraciones físicas.

En ambos casos, las matemáticas actualmente predicen una “singularidad”, un punto del espacio-tiempo que es infinitamente denso e infinitamente pequeño. Algunos físicos dicen que estos infinitos son prueba de que las ecuaciones son erróneas, mientras que otros sostienen que la singularidad es una realidad física. Si la resolución de la paradoja de la pérdida de información proviene de una teoría cuántica de la gravedad que elimina la singularidad, podría implicar un origen diferente de nuestro universo. “¿Existe aún un primer momento del tiempo?”, se pregunta Smolin, “¿o la singularidad se elimina y se convierte en un rebote para que hubiera una era del universo antes del Big Bang?"