J.L.F. Barbón IFT UAM/CSIC Madrid

AGUJEROS NEGROS
y los
Fundamentos de la Física
J.L.F. Barbón
IFT UAM/CSIC Madrid
UN AGUJERO NEGRO
es una región en la que la luz está atrapada
por efecto de la gravedad
γ
UN AGUJERO NEGRO
es una región en la que la luz está atrapada
por efecto de la gravedad
γ
E = mc
2
Velocidad de escape
∞
Velocidad de escape
∞
Vescape =
�
2GM
R
“La velocidad de la luz es un límite
infranqueable en la propagación de
energía y de información”
V ≤c
Una estrella con radio menor que el
“radio de Schwarzschild”
2GM
M
Rs =
≈
3
Km
2
c
M⊙
sería negra...
Los A.N. astrofísicos involucran fenómenos extremos
Los A.N. astrofísicos involucran fenómenos extremos
3 Km
¡PERO!
Rs ∼ Masa ∼ Densidad × Volumen ∼ R
3
¡PERO!
Rs ∼ Masa ∼ Densidad × Volumen ∼ R
3
¡PERO!
Rs ∼ Masa ∼ Densidad × Volumen ∼ R
3
¡PERO!
Rs ∼ Masa ∼ Densidad × Volumen ∼ R
órbita de Urano
∼ Rs
M ≈ 109 M⊙
¡No se precisan situaciones extremas!
3
John Michell y Pierre S. Laplace
hablaron de “estrellas negras”
1783
1796
¿Por qué un AGUJERO?
Maelstrom!!!
En un agujero negro, ocurre lo mismo sustituyendo
flujo de agua
flujo de espacio
velocidad
del
sonido
velocidad
de la
luz
El espacio “fluye” a la velocidad de escape
cerca de un agujero negro, el espacio
se “contrae” continuamente y
finalmente se destruye en la
singularidad
A grandes distancias, el universo se
expande porque el espacio se “estira”
continuamente
La gravitación es la “elasticidad”
del espacio
La singularidad en el interior de un agujero
negro es como un
BIG BANG
en sentido inverso
La singularidad en el interior de un agujero
negro es como un
BIG BANG
en sentido inverso
CUESTIONES
DE
FUNDAMENTOS
! La información y la energía se propagan a
velocidad máxima
v≤c
! La gravitación equivale a la “elasticidad”
del espacio
! Para extraer información de un sistema en
tiempo Δt, es necesario introducir al
menos una energía con indeterminación
ΔE ≥ / Δt
La estructura cuántica del vacío
La estructura cuántica del vacío
La estructura cuántica del vacío
L
�c
E∼
L
La estructura cuántica del vacío
L
�c
E∼
L
+E
La estructura cuántica del vacío
L
�c
E∼
L
−E
+E
La estructura cuántica del vacío
L
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E∼
L
−E
+E
La estructura cuántica del vacío
L
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E∼
L
−E
+E
La estructura cuántica del vacío
L
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E∼
L
−E
+E
La estructura cuántica del vacío
L
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E∼
L
−E
+E
La estructura cuántica del vacío
L
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E∼
L
−E
+E
La estructura cuántica del vacío
L
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L
−E
+E
La estructura cuántica del vacío
L
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E∼
L
−E
+E
La estructura cuántica del vacío
L
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E∼
L
−E
+E
La estructura cuántica del vacío
L
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L
−E
+E
G
c
�
G
c
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G
c
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G
c
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G
c
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G
c
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G
c
�
G
c
?
�
Stephen Hawking
�c
=
8πGM
3
TH
¡Primera fórmula
de la gravitación
cuántica!
+E
tiempo
+E
−E
−E
+E
−E
El agujero negro se traga partículas virtuales de energía
negativa y emite las de energía positiva
E = mc
2
Decrece la masa del agujero negro,
se “evapora”
La emisión depende exclusivamente de la vecindad del
horizonte, que no contiene información sobre el estado
inicial
Al evaporarse, el agujero negro emite toda su energía,
y
nada de su “información”
La paradoja de Hawking
viola el principio fundamental
de la conservación de la información
En los años 80, Hawking aventuró apuestas informales con
colegas asegurando que la información se destruye en ANs
El intenso debate
demostró que la paradoja
se puede resolver si...
El intenso debate
demostró que la paradoja
se puede resolver si...
toda la información del interior del AN
existe codificada en el horizonte como en un
holograma
Este punto de vista radical se conoce como el
PRINCIPIO HOLOGRAFICO
G. ´t Hooft
L. Susskind
En 1997 Maldacena logró decodificar el holograma para
ciertos agujeros negros no físicos
En 1997 Maldacena logró decodificar el holograma para
ciertos agujeros negros no físicos
En este caso la información está codificada en un
estado de quarks “calientes”
Plasma
de quarks
y gluones
¿¿¿Podemos???
LHC
RHIC & LHC : plasma quark-gluon casi “perfecto”
El principio holográfico
predice una viscosidad muy
baja, en buen acuerdo con las
medidas
η
1
∼
s
4π
EPILOGO:
... tras los resultados de Maldacena...
Hawking finalmente concedió en 2004
El principio holográfico
podría ser la piedra angular de una
nueva revolución conceptual
que completaría la “trinidad” de las
constantes fundamentales de la física
c
G
�
GRACIAS