Los agujeros negros siguen siendo cuerpos celestes muy misteriosos que, según la mayoría de los físicos, sin embargo, no escapan a las leyes de la termodinámica. Como resultado, estos sistemas físicos poseen una entropía, aunque no se ha alcanzado un acuerdo real sobre el microscopioorigen de esta propiedad y cómo debe calcularse Un grupo del Instituto SISSA / Max Planck Potsdam ha logrado resultados importantes en este cálculo mediante la aplicación de un nuevo formalismo Teoría de campo grupal de Loop Quantum Gravity LQG, un enfoque muy popularen el área de la gravedad cuántica. El resultado es consistente con la famosa ley de Bekenstein / Hawking, según la cual la entropía de un agujero negro es proporcional a una cuarta parte de su área de superficie, mientras que evita muchos de los supuestos y simplificaciones de los intentos anteriores de la teoría LQGAdemás, presta apoyo a la hipótesis de la holografía, según la cual el agujero negro que parece tridimensional puede reducirse matemáticamente a una proyección bidimensional.
En principio, nada que ingrese a un agujero negro puede salir del agujero negro. Esto ha complicado considerablemente el estudio de estos cuerpos misteriosos sobre los cuales las generaciones de físicos han debatido desde 1916, año en que su existencia fue hipotetizada como consecuencia directa de EinsteinTeoría de la relatividad. Sin embargo, existe cierto consenso en la comunidad científica sobre el hecho de que los agujeros negros poseen una entropía, porque su existencia violaría la segunda ley de la termodinámica. En particular, Jacob Bekenstein y Stephen Hawking han sugerido que la entropía- que básicamente podemos considerar una medida del desorden interno de un sistema físico - de un agujero negro es proporcional a su área y no a su volumen, como sería más intuitivo. Esta suposición también da lugar a la hipótesis de la "holografía"agujeros negros, lo que más o menos sugiere que lo que parece ser tridimensional podría ser, de hecho, una imagen proyectada en una h cósmica bidimensional distanteorizon como un holograma que, a pesar de ser una imagen bidimensional, nos parece tridimensional.
Como no podemos ver más allá del horizonte de eventos el límite exterior del agujero posterior, los microestados internos que definen su entropía son inaccesibles: entonces, ¿cómo es posible calcular esta medida? El enfoque teórico adoptado por Hawking y Bekenstein es semiclásicouna especie de híbrido entre la física clásica y la mecánica cuántica e introduce la posibilidad o necesidad de adoptar un enfoque de gravedad cuántica en estos estudios, a fin de obtener una comprensión más fundamental de la física de los agujeros negros.
La longitud de Planck es la dimensión pequeña en la que el espacio-tiempo deja de ser continuo tal como lo vemos, y adquiere una granularidad discreta compuesta de cuantos, los "átomos" del espacio-tiempo. Se describe el Universo en esta dimensiónpor la mecánica cuántica. La gravedad cuántica es el campo de investigación que investiga la gravedad en el marco de la mecánica cuántica: esta fuerza es un fenómeno que ha sido muy bien descrito dentro de la física clásica, pero no está claro cómo se comporta en la escala de Planck.
Daniele Pranzetti y colegas, en un nuevo estudio publicado en Cartas de revisión física , presente un resultado importante obtenido al aplicar una segunda formulación de cuantificación del formalismo Loop Quantum Gravity LQG. LQG es un enfoque teórico dentro del problema de la gravedad cuántica, y Group Field Theory es el "lenguaje" a través del cual se aplica la teoríaen este trabajo.
“La idea en la base de nuestro estudio es que las geometrías clásicas homogéneas emergen de un condensado de cuantos de espacio introducido en LQG para describir geometrías cuánticas” explica Pranzetti. “De esta manera, obtuvimos una descripción de los estados cuánticos de los agujeros negros, adecuado para describir también la física 'continua', es decir, la física del espacio-tiempo tal como la conocemos ”.
condensados, fluidos cuánticos y el universo como un holograma
Un “condensado” es una colección de 'átomos', en este caso, cuantos de espacio, todos los cuales comparten las mismas propiedades, de modo que, aunque hay un gran número de ellos, podemos estudiar su comportamiento colectivo simplemente, al referirnosa las propiedades microscópicas de la partícula individual. Así que ahora la analogía con la termodinámica clásica parece más clara: así como los fluidos a nuestra escala aparecen como materiales continuos a pesar de que consisten en una gran cantidad de átomos, de manera similar, en gravedad cuántica, los átomos constituyentes fundamentalesEl espacio forma una especie de fluido, es decir, espacio-tiempo continuo. Una geometría continua y homogénea como la de un agujero negro esféricamente simétrica puede, como sugieren Pranzetti y sus colegas, describirse como un condensado, lo que facilita los cálculos matemáticos subyacentes., teniendo en cuenta un número infinito a priori de grados de libertad.
"Por lo tanto, pudimos utilizar un modelo más completo y rico en comparación con lo que se hizo en el pasado en LQG, y obtener un resultado mucho más realista y robusto", continúa Pranzetti. "Esto nos permitió resolver varias ambigüedades que afectan a los cálculos anterioresdebido a la comparación de estos modelos simplificados de LQG con los resultados del análisis semiclásico, como lo llevaron a cabo Hawking y Bekenstein ". Otro aspecto importante del estudio de Pranzetti y sus colegas es que propone un mecanismo concreto en apoyo de la hipótesis holográfica, mediante el cualla tridimensionalidad de los agujeros negros podría ser simplemente aparente: toda su información podría estar contenida en una superficie bidimensional, sin tener que investigar la estructura del interior de ahí el vínculo entre la entropía y el área de la superficie en lugar del volumen.
Los otros dos autores del estudio son Daniele Oriti, del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Potsdam, Alemania, y Lorenzo Sindoni, ex investigador de SISSA, ahora también en el Instituto Max Planck en Potsdam.
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