Según una nueva investigación de SISSA, ICTP e INFN, los agujeros negros pueden ser como hologramas, en el que toda la información para producir una imagen tridimensional está codificada en una superficie bidimensional. Como lo afirman las teorías cuánticas, los agujeros negros pueden ser increíblemente complejos, y concentrar una enorme cantidad de información en dos dimensiones, como los discos duros más grandes que existen en la naturaleza. Esta idea se alinea con la teoría de la relatividad de Einstein, que describe los agujeros negros como tridimensionales, sencillo, esférico y liso, como se muestra en la primera imagen de un agujero negro que circuló en 2019. En resumen, los agujeros negros parecen ser tridimensionales, como hologramas. El estudio, que une dos teorías discordantes, ha sido publicado recientemente en Revisión física X .

El misterio de los agujeros negros

Para los científicos, Los agujeros negros plantean desafíos teóricos formidables por muchas razones. Son, por ejemplo, excelentes representantes de las grandes dificultades de la física teórica para unir los principios de la teoría general de la relatividad de Einstein con los de la física cuántica de la gravedad. Según la relatividad, los agujeros negros son cuerpos simples sin información. Según la física cuántica, como afirman Jacob Bekenstein y Stephen Hawking, son los sistemas existentes más complejos porque se caracterizan por una enorme entropía, que mide la complejidad de un sistema, y por lo tanto contienen mucha información.

El principio holográfico aplicado a los agujeros negros

Para estudiar los agujeros negros, los dos autores del nuevo estudio, Francesco Benini (Profesor SISSA, Consultor científico ICTP e investigador INFN) y Paolo Milan (investigador SISSA e INFN), usó una idea de hace 30 años llamada el principio holográfico. Los investigadores escriben, "Este principio revolucionario y algo contradictorio propone que el comportamiento de la gravedad en una región determinada del espacio puede describirse alternativamente en términos de un sistema diferente, que vive solo a lo largo del borde de esa región y, por lo tanto, en una dimensión menos. Y, más importante, en esta descripción alternativa (llamada holográfica), la gravedad no aparece explícitamente. En otras palabras, el principio holográfico nos permite describir la gravedad usando un lenguaje que no contiene gravedad, evitando así la fricción con la mecánica cuántica ".

Lo que han hecho Benini y Milan es aplicar la teoría del principio holográfico a los agujeros negros. De este modo, sus misteriosas propiedades termodinámicas se han vuelto más comprensibles:Centrándose en predecir que estos cuerpos tienen una gran entropía y observándolos en términos de mecánica cuántica, puede describirlos como un holograma:tienen dos dimensiones, en el que la gravedad desaparece, pero reproducen un objeto en tres dimensiones.

De la teoría a la observación

Este estudio es solo el primer paso hacia una comprensión más profunda de estos cuerpos cósmicos y de las propiedades que los caracterizan cuando la mecánica cuántica se cruza con la relatividad general. Todo es más importante ahora en un momento en que las observaciones en astrofísica están experimentando un desarrollo increíble. Basta pensar en la observación de ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros, el resultado de la colaboración entre LIGO y Virgo, o de hecho, el del agujero negro hecho por el Event Horizon Telescope que produjo esta extraordinaria imagen. En el futuro cercano, es posible que podamos probar nuestras predicciones teóricas con respecto a la gravedad cuántica, como los realizados en este estudio, por observación. Y esto, desde un punto de vista científico, sería algo absolutamente excepcional.