Un reciente estudio liderado por el físico Enrico Rinaldi, de la Universidad de Michigan, ha arrojado nueva luz sobre lo que podría encontrarse en el interior de un agujero negro. Mediante el uso de la computación cuántica y el aprendizaje profundo, este equipo de científicos ha logrado avanzar en la comprensión de la estructura interna de estas enigmáticas entidades astronómicas. Su investigación, publicada en The Brighter Side, se centra en la dualidad holográfica, un concepto fundamental que sugiere una conexión entre la gravedad y la teoría de partículas. Este descubrimiento no solo ofrece nuevos modelos sobre la naturaleza de los agujeros negros, sino que también marca un hito en la aplicación de la computación cuántica en la física.
La dualidad holográfica y su importancia
El principio holográfico plantea que toda la información que describe un volumen de espacio puede ser representada en su superficie. En el caso de los agujeros negros, esto implica que la información sobre lo que sucede en su interior podría estar codificada en el horizonte de sucesos, la frontera que marca el límite donde nada puede escapar de su atracción gravitatoria.
Rinaldi y su equipo utilizaron modelos cuánticos matriciales para explorar esta dualidad. Estos modelos permiten simular el comportamiento de partículas en un contexto donde la gravedad es intensa, lo que es esencial para entender cómo se comportan las partículas en el interior de un agujero negro. Según el estudio, aunque los agujeros negros son tridimensionales, los fenómenos que ocurren en ellos pueden ser representados matemáticamente en dos dimensiones, lo que simplifica la complejidad de su estudio.
El desafío radica en que las teorías de la física de partículas y de la gravedad operan en diferentes dimensiones. Sin embargo, al resolver modelos de matriz cuántica, los científicos pueden investigar cómo se relacionan estos dos campos, permitiendo una nueva perspectiva sobre los agujeros negros y su estructura interna.
¿Qué es el horizonte de sucesos?
El horizonte de sucesos es una característica fundamental de los agujeros negros y se refiere a la frontera que delimita la región alrededor de un agujero negro más allá de la cual la gravedad es tan intensa que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Este concepto es crucial para entender la naturaleza de los agujeros negros y cómo interactúan con su entorno.
Una manera de imaginar el horizonte de sucesos es pensar en él como un “punto sin retorno”. Cualquier objeto que cruce esta frontera queda atrapado irremediablemente en el agujero negro. Desde el momento en que se cruza el horizonte de sucesos, la información sobre ese objeto ya no puede ser observada desde el exterior. Esto plantea preguntas fundamentales sobre la conservación de la información, un dilema que ha desconcertado a los físicos durante décadas.
“Una vez que cualquier cosa, incluida la luz, cruza este límite, ya no puede escapar de la atracción gravitatoria del agujero negro” señala el estudio.
El estudio de Rinaldi sugiere que la información contenida dentro de un agujero negro podría estar codificada en el horizonte de sucesos, lo que podría ser fundamental para resolver el enigma de la pérdida de información en los agujeros negros. Esta idea se basa en el principio holográfico, que sugiere que la información en un volumen de espacio tridimensional puede estar representada en su superficie bidimensional. Así, el horizonte de sucesos no es solo una barrera física, sino también un lugar donde podría residir información esencial sobre el estado de las partículas que han caído dentro.
La comprensión del horizonte de sucesos y su relación con la información cuántica es clave para avanzar en la unificación de la mecánica cuántica y la relatividad general, dos pilares fundamentales de la física moderna.
Computación cuántica: una herramienta revolucionaria
La computación cuántica se ha convertido en una herramienta crucial para abordar problemas complejos en física, como la descripción de agujeros negros. Rinaldi y su equipo aplicaron algoritmos de aprendizaje profundo para determinar el estado fundamental de los modelos matriciales. Este estado se refiere al nivel de energía más bajo que un sistema puede alcanzar, lo que proporciona información esencial sobre su comportamiento.
Para visualizarlo, Rinaldi compara los modelos matriciales con granos de arena en un balde. “Cuando la arena está nivelada, corresponde al estado fundamental del modelo. Pero si hay ondulaciones en la arena, es necesario encontrar una forma de suavizarlas” lo que requiere un proceso iterativo que ajusta los parámetros del sistema. Los circuitos cuánticos, que operan mediante cúbits, son utilizados para representar y manipular estos modelos. Resaltando que al igual que la música, donde cada nota y cada operación deben ser perfectamente sincronizadas, el objetivo es encontrar la “melodía” que permita alcanzar el estado fundamental.
Esta metodología representa un avance significativo en la exploración de la física cuántica. Rinaldi afirma que, al comprender el estado fundamental, se puede obtener información valiosa sobre las propiedades de los agujeros negros. Esto podría ayudar a responder preguntas fundamentales sobre su naturaleza, como lo que sucede en el horizonte de sucesos y cómo se comportan las partículas en su interior.