Unión entre cuántica y gravedad en la superposición de un elefante

El experimento mental de lanzar un objeto a un agujero negro abre un nuevo concepto de localidad y de relatividad en la física.

1. Introducción

La velocidad de escape es la aceleración que necesita un cuerpo para superar la atracción gravitacional de otro cuerpo de mayor masa, como un planeta. ¿Qué sucedería si la velocidad de escape de un cuerpo fuese mayor que 300.000 kilómetros por segundo? Dado que la luz viaja a esa velocidad, se deduce que ella no podría escapar de esta gran masa. Estos cuerpos masivos existen y son llamados agujeros negros. Un agujero negro es un cuerpo de gran masa y densidad, es decir, es una gran cantidad de masa concentrada en una región determinada del espacio, de tal forma que no se puede observar luz escapando de él.

Estas supermasas poseen en el centro algo que denominamos “singularidad”, pues ahí es donde se concentra toda la masa. No es posible llamarla de otra forma, ya que en tal punto el espacio-tiempo se curva de tal manera, que las leyes de la física son completamente distintas. La singularidad está rodeada por un perímetro llamado “horizonte de sucesos” más allá del cual la luz no puede escapar. Mejor dicho, es el lugar a partir del cual un observador fuera del agujero deja de ver la luz que se refleja de él. Las características de un agujero negro son tan impresionantes, que el comportamiento al que estarían sometidos los cuerpos dentro del horizonte de sucesos es algo que no deja de impresionar a físicos y astrónomos.

Por otra parte, los problemas de la mecánica cuántica son otro enigma para la física. Se ha pensado que el estudio de los agujeros negros podría complementarse con una comprensión de la realidad cuántica, pensando en la singularidad y en la manera en que los principios de la naturaleza varían en los alrededores de un agujero, tal como varían al observar el comportamiento de las partículas elementales.

Llamamos “superposición cuántica” a la capacidad de una partícula, dada su naturaleza-onda partícula, para encontrarse en dos estados opuestos a a vez. De este modo, es posible observar a una partícula teniendo dos posiciones distintas o dos tipos energía al mismo tiempo. Se piensa comúnmente que una superposición sucede únicamente a nivel cuántico. No obstante, un nuevo experimento mental relacionado con los agujeros negros describe cómo un cuerpo de gran escala (no cuántico) podría encontrarse en una situación similar, sin estar en un lugar determinado dentro del espacio.

2. ¿Dónde está el elefante?

Leonard Susskind, un físico de la Universidad de Stanford California, ha creado un experimento en que un elefante cruza el horizonte de sucesos. Él ha llamado esto “una nueva forma de relatividad”. Supongamos dos observadores: el observador A está ubicado fuera del horizonte, mientras que el observador B está dentro. Si lanzamos un elefante a un agujero negro, su ubicación en el espacio podría sufrir una especie de ambigüedad. Susskind afirma que en este experimento el concepto cotidiano de ubicación cambia. Yo puedo decir que estoy aquí sentado escribiendo y no en la calle caminando, lo cual es una localización determinada. Incluso en la relatividad general tenemos ubicaciones específicas en el espacio, solamente que ciertos datos como la distancia y los intervalos de tiempo varían para distintos observadores. En el siguiente ejemplo, la relatividad es aún más intrínseca al cuerpo que es observado.

Bien, lanzamos el elefante al agujero negro. En un primer momento el observador A observará desde fuera que el elefante se acerca lentamente, cada vez más lentamente, al horizonte. Debido a que el elefante acelera cada vez más cerca de la velocidad de la luz, las emisiones desde A demoran cada vez más en llegar al elefante. Esto ocasiona que para A el elefante se acerque extremadamente lento al horizonte. En el mismo instante, en cambio, el observador B ya habrá observado desde dentro que el elefante ha cruzado el horizonte de sucesos, ya que para él no ocurre la dilatación temporal ya mencionada.
En el segundo instante, A podrá ver cómo el elefante se desintegra al cruzar el horizonte de sucesos, debido a la gran gravedad del agujero. Pero B—que acelera igualmente hacia el interior de la singularidad—observará al elefante todavía cayendo, igual que él.

3. Conclusión

La conclusiones de este experimento son impresionantes:

- La información dentro de un agujero no se pierde. Hawking informó en el 2004 que cierta radiación escapa del agujero, por lo que la información que ingresa no se pierde del todo. El experimento del elefante, por otro lado, afirma que aún dentro del agujero la información no puede perderse.

- En situaciones en las que hay un límite en el espacio que incomunica dos regiones (como sucede en el horizonte de sucesos de un agujero negro), la ubicación de un cuerpo puede tener dos valores diferentes.

- La ambigüedad de estados no ocurre sólo en cuerpos de menor escala (mecánica cuántica), sino también en cuerpos de gran escala.

Actualmente se sigue investigando la relación entre ambas escalas, para así comprender cómo se conjugan las diferentes fuerzas que gobiernan el universo. Los agujeros negros y otros fenómenos en que las leyes de la física puedan llegar a sus extremos (como el Big Bang, por ejemplo) son áreas de investigación en las que seguro se encontrarán respuestas tanto a las preguntas de la mecánica cuántica como a las de la astronomía.

Fuente: http://taxyon.blogspot.com

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