¿De qué están hechos los AGUJEROS NEGROS? En 3 niveles de dificultad

Summary

El vídeo explica qué son los agujeros negros y cómo se relacionan con la velocidad de escape. Se presentan tres niveles de dificultad para responder a si se puede saber de qué están hechos los agujeros negros. El nivel básico indica que no se puede saber, el intermedio menciona el teorema de no pelo, y el nivel experto explora la posibilidad de que los agujeros negros sean sistemas termodinámicos con entropía y emisión de radiación de Hawking, lo que sugiere que la información no se pierde y puede ser recuperada.

Takeaways

• 🌌 Los agujeros negros son objetos que son tan masivos y compactos que su velocidad de escape es mayor que la de la luz, lo que impide que la luz o cualquier otra partícula escape de su atracción gravitacional.
• 📚 El concepto de velocidad de escape es fundamental para entender los agujeros negros; es la velocidad mínima requerida para escapar de la gravedad de un objeto.
• 🌓 La existencia de los agujeros negros fue teorizada en el siglo XVIII por John Mitchell, un geólogo, basado en la física newtoniana.
• 🔍 La descripción moderna de los agujeros negros se basa en la relatividad general de Einstein, que describe la gravedad como una curvatura del espacio-tiempo.
• 🌐 El radio del horizonte de sucesos de un agujero negro, también conocido como el radio de Schwarzschild, se calcula con una fórmula simple que involucra la masa del agujero negro y la constante de gravedad universal.
• 🌑 Los agujeros negros son regiones del espacio donde el espacio-tiempo es curvado de tal manera que la luz no puede escapar, haciendo que sean invisibles.
• 🌌 El teorema de no pelo afirma que cualquier agujero negro se puede caracterizar completamente por solo tres números: su masa, su momento angular (spin) y su carga eléctrica.
• 🔬 La entropía de los agujeros negros, tal como lo sugiere la segunda ley de la termodinámica, aumenta con el área del horizonte de sucesos y no con su volumen.
• 🌡️ La temperatura de Hawking es una propiedad teórica de los agujeros negros que predice que pueden emitir radiación debido a efectos cuánticos cerca del horizonte de sucesos.
• 💾 El principio holográfico de la gravedad sugiere que toda la información sobre lo que sucede dentro de un agujero negro puede estar codificada en su horizonte, como en una pantalla que guarda información en su área.

Q & A

¿Qué es un agujero negro y cómo se relaciona con la velocidad de escape?

Un agujero negro es un objeto astronómico de tal masa y tamaño que su velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz, lo que impide que la luz o cualquier otra partícula escape de su atracción gravitacional. La velocidad de escape es la velocidad mínima que debe alcanzar un objeto para escapar de la influencia gravitacional de un cuerpo celestial.

¿Cuál fue la contribución de Mitchell en el concepto de los agujeros negros?

Mitchell, un geólogo del siglo XVIII, propuso la existencia de objetos tan masivos que ni siquiera la luz podía escapar de ellos, lo que sería el precursor del concepto moderno de los agujeros negros.

¿Cómo se describe la gravedad en la relatividad general de Einstein?

En la relatividad general, la gravedad se describe como una curvatura del espacio-tiempo causada por la presencia de masa y energía, en lugar de una fuerza que actúa a distancia como en la física newtoniana.

¿Qué es el Horizonte de Sucesos y cómo se relaciona con los agujeros negros?

El Horizonte de Sucesos es una región esférica que rodea a un agujero negro, marcando el límite dentro del cual ninguna partícula o rayo de luz puede escapar a su atracción gravitacional. Es el borde del agujero negro.

¿Qué es la singularidad en el contexto de los agujeros negros?

La singularidad en un agujero negro se refiere a un punto dentro del agujero negro donde las condiciones físicas, como la densidad y la curvatura del espacio-tiempo, se vuelven infinitas. Es el lugar donde las leyes de la física conocidas se ven desafiadas y donde se cree que todo lo que cae dentro es destruido.

¿Qué evidencia observacional tenemos actualmente de la existencia de agujeros negros?

La evidencia observacional de la existencia de agujeros negros incluye el movimiento de estrellas alrededor de un punto en el centro de las galaxias, la observación de rayos X provenientes de discos de materia en acrecion cerca de los agujeros negros, y la detección de ondas gravitacionales producidas por la colisión de agujeros negros.

¿Qué es el teorema de no pelo y cómo afecta la comprensión de los agujeros negros?

El teorema de no pelo es una proposición en la física de agujeros negros que afirma que cualquier agujero negro puede ser completamente caracterizado por solo tres números: su masa, su momento angular (spin) y su carga eléctrica. Esto implica que la estructura interna de un agujero negro no es observable desde el exterior y, por lo tanto, no importa para su descripción completa.

¿Cómo se relaciona la entropía con los agujeros negros y por qué es importante?

La entropía de los agujeros negros es un concepto clave para entender su comportamiento termodinámico. Se cree que la entropía de un agujero negro está relacionada con el área de su Horizonte de Sucesos, lo que sugiere que la información sobre el estado interno del agujero negro puede estar codificada en su borde. Esto es crucial para evitar violaciones de la segunda ley de la termodinámica, que afirma que la entropía del universo debe siempre aumentar.

¿Qué es la radiación de Hawking y cómo se relaciona con la evaporación de los agujeros negros?

La radiación de Hawking es un fenómeno teórico que sugiere que los agujeros negros pueden emitir radiación debido a efectos cuánticos en el vacío cercano a su Horizonte de Sucesos. Esta radiación se asocia con la evaporación de los agujeros negros, un proceso por el cual los agujeros negros gradualmente pierden masa y eventualmente pueden desaparecer.

¿Cuál es el problema de la información de los agujeros negros y por qué es un desafío para la física cuántica?

El problema de la información de los agujeros negros se refiere a la paradoja de que, si la información se pierde en un agujero negro, se violaría la unidad en la mecánica cuántica, que requiere que la suma de probabilidades de todos los posibles resultados de un proceso sea el 100%. Esto desafía la comprensión actual de cómo la información se conserva en la naturaleza y es un problema abierto en la física teórica.

Outlines

00:00

🌌 Introducción a los agujeros negros

El vídeo comienza con una introducción a los agujeros negros, preguntando qué están hechos y respondiendo en tres niveles de dificultad. El nivel básico afirma que no se puede saber, el nivel intermedio que no importa, y el nivel experto que sí se puede saber y importa. Se explica que los agujeros negros están relacionados con la velocidad de escape, la velocidad mínima que un objeto debe alcanzar para escapar de la gravedad de un cuerpo. Se menciona que los agujeros negros son objetos tan masivos y compactos que su velocidad de escape es mayor que la de la luz, lo que los hace invisibles. También se habla de la historia y la teoría de los agujeros negros desde la propuesta de John Mitchell en el siglo XVIII hasta la descripción de la relatividad general de Einstein.

05:01

🔍 Características y observaciones de los agujeros negros

Se profundiza en las características de los agujeros negros, describiendo el horizonte de sucesos y cómo los objetos atrapados no pueden escapar. Se discute la singularidad, el punto en el que el espacio-tiempo colapsa sobre sí mismo y destruye a cualquier observador. Se mencionan las evidencias observacionales de los agujeros negros, como la formación por colapso de estrellas masivas, la emisión de rayos X y la detección de ondas gravitacionales. Además, se habla de los diferentes tipos de agujeros negros, desde los de masa intermedia hasta los supermasivos en los centros de las galaxias.

10:02

🌐 Teorema de no pelo y gravedad cuántica

El vídeo explora el teorema de no pelo, que establece que cualquier agujero negro puede ser caracterizado únicamente por su masa, momento angular y carga eléctrica. Esto lleva a la conclusión de que no importa de qué están hechos, ya que todos se comportarían de la misma manera. Sin embargo, se introduce la idea de que los agujeros negros pueden tener propiedades cuánticas que permiten múltiples microestados, lo que implicaría que sí importa de qué están hechos y cómo evolucionaron. Se discute la importancia de entender estos microestados para no violar la segunda ley de la termodinámica, que establece que la entropía siempre debe crecer.

15:03

🌡 Temperatura de Hawking y evaporación de agujeros negros

Se explica la temperatura de Hawking y cómo los agujeros negros pueden emitir radiación, lo que los hace no completamente negros desde una perspectiva cuántica. Se describe el proceso de creación y aniquilación de pares partícula-antipartícula cerca del horizonte de eventos y cómo esto da lugar a la radiación de Hawking. Además, se discute la evaporación de los agujeros negros y cómo su temperatura aumenta con el tiempo, lo que eventualmente podría llevar a su desaparición. Se menciona la importancia de entender el destino de la información en los agujeros negros para mantener la unidad en la física cuántica.

20:03

💌 Resolución del problema de la información de los agujeros negros

El vídeo concluye con la discusión del problema de la información de los agujeros negros y cómo la radiación de Hawking podría contener toda la información del interior del agujero negro. Se sugiere que estudiar las correlaciones cuánticas en la radiación de Hawking podría permitir reconstruir la historia y los estados del agujero negro. Se enfatiza la importancia de descifrar cómo la información se codifica en la radiación de Hawking para avanzar en la comprensión de la gravedad cuántica. Finalmente, se bromea sobre la posibilidad de capturar la radiación de Hawking para descodificar la información de un agujero negro en el futuro.

Keywords

💡Agujero negro

Un agujero negro es un objeto astronómico de gravedad extremadamente fuerte que nada puede escapar, incluyendo la luz. En el guion, se describe cómo un agujero negro se forma por colapso de estrellas masivas y cómo su singularidad es un evento en el que el espacio-tiempo colapsa sobre sí mismo, destruyendo a cualquier observador que caiga dentro.

💡Velocidad de escape

La velocidad de escape es la velocidad mínima que un objeto necesita para escapar de la atracción gravitatoria de un cuerpo celestial. En el video, se utiliza para ilustrar cómo un objeto tan masivo y compacto que su velocidad de escape sea mayor que la de la luz, define un agujero negro.

💡Event Horizon

El horizonte de sucesos, también conocido como el límite de un agujero negro, es la frontera dentro de la cual nada puede escapar de su atracción gravitatoria. El guion describe cómo una vez que algo cruza el horizonte de sucesos, es incapaz de escapar y eventualmente se encuentra con la singularidad.

💡Teorema de no pelo

Este teorema de la relatividad general afirma que cualquier agujero negro puede ser completamente caracterizado por solo tres parámetros: masa, momento angular (espin) y carga eléctrica. En el video, se discute cómo este teorema simplifica la descripción de un agujero negro, indicando que no importa su composición original.

💡Relatividad general

La relatividad general, desarrollada por Einstein, describe la gravedad como una curvatura del espacio-tiempo. En el guion, se menciona cómo esta teoría redefine la comprensión de los agujeros negros como objetos que curvan el espacio-tiempo de tal manera que la luz no puede escapar.

💡Radiación de Hawking

La radiación de Hawking es un fenómeno teórico que sugiere que los agujeros negros pueden emitir radiación debido a efectos cuánticos en el vacío cercano a su horizonte. Esto se discute en el video como una forma en la que los agujeros negros pueden no ser completamente negros y podrían eventualmente evaporar.

💡Entropía

La entropía es una medida del desorden en un sistema y, según la segunda ley de la termodinámica, siempre tiende a aumentar. En el video, se discute cómo la entropía de un agujero negro está relacionada con el área de su horizonte de sucesos y cómo la emisión de radiación de Hawking afecta su entropía.

💡Principio holográfico

El principio holográfico, mencionado en el guion, sugiere que toda la información de un agujero negro puede ser codificada en su horizonte de sucesos, similar a cómo una imagen tridimensional puede ser representada en una superficie plana. Esto es crucial para entender cómo la información se conserva en un agujero negro.

💡Información del agujero negro

Este concepto, discutido en el video, hace referencia a la problemática de qué sucede con la información que entra en un agujero negro. Se plantea la pregunta de si la información se destruye o si alguna vez puede ser recuperada, lo cual tiene implicaciones profundas para la física cuántica.

💡Unitariad

La unidad o unitariad en física cuántica se refiere a la conservación de la probabilidad en procesos cuánticos. En el video, se menciona cómo la posible pérdida de información en un agujero negro podría violar la unitariad, lo que sería un problema para la comprensión actual de la física cuántica.

Highlights

Los agujeros negros son objetos tan masivos y compactos que la velocidad de escape supera la de la luz.

La velocidad de escape depende de la masa y el tamaño del objeto, y es fundamental para entender la existencia de agujeros negros.

Un agujero negro es un sistema que no emite luz debido a su atracción gravitacional extrema.

Los agujeros negros fueron teóricamente propuestos en el siglo XVIII por John Mitchell.

La descripción moderna de los agujeros negros se basa en la relatividad general de Einstein, que describe la gravedad como una curvatura del espacio-tiempo.

El radio del horizonte de sucesos de un agujero negro, donde la luz no puede escapar, se calcula con una fórmula simple.

El teorema de no pelo establece que cualquier agujero negro se puede caracterizar únicamente por su masa, momento angular y carga eléctrica.

La solución de la relatividad general para un agujero negro esférico fue presentada por Karl Schwarzschild en 1916.

Los agujeros negros son rodeados por el horizonte de sucesos, una región esférica que limita el espacio desde donde la luz no puede escapar.

Existen diferentes tipos de agujeros negros, como los que se forman por colapso de estrellas masivas o los supermasivos en los centros de las galaxias.

La radiación de Hawking sugiere que los agujeros negros pueden emitir radiación debido a efectos cuánticos.

La entropía de un agujero negro, según la teoría de la información de agujeros negros, aumenta con el área de su horizonte de sucesos.

El principio holográfico de 't Hooft sugiere que toda la información de un agujero negro puede estar codificada en su horizonte.

La evaporación de un agujero negro por radiación de Hawking lleva a una disminución de su masa y tamaño, pero no se pierde la información.

El problema de la información de los agujeros negros es un desafío en la física teórica que busca comprender cómo se conserva la información en un agujero negro.

La receta teórica para descubrir de qué están hechos los agujeros negros implica capturar y analizar la radiación de Hawking emitida durante su evaporación.

La resolución del problema de la información de los agujeros negros es crucial para el entendimiento de la gravedad cuántica.

Transcripts

Hola a todo el mundo Espero que estéis

bien Hoy voy a responder a la pregunta

de qué están hechos los agujeros negros

y lo voy a hacer en tres niveles de

dificultad el primero es el nivel

ingenuo o principiante donde la

respuesta es no se puede saber el

segundo nivel es el nivel sobrado en el

que la respuesta sería y en realidad A

quién le importa el tercer nivel es el

nivel más experto y la respuesta sería

sí que se puede saber y sí que importa

de hecho es la respuesta a la pregunta

más importante de la física teórica

actualmente

antes de plantear la pregunta vamos a

dar un poquito de contexto y vamos a

hablar de qué son los agujeros negros os

recomendamos que veáis nuestros vídeos

sobre el tema el concepto agujero negro

está muy relacionado con el concepto de

velocidad de escape todos sabemos que si

cogemos una piedra Ah en la tierra y la

lanzamos hacia arriba al cabo de un rato

cae y vuelve a nosotros salvo que la

lancemos con velocidad suficiente para

que escape al campo gravitatorio de la

tierra y se vaya al infinito a esta

velocidad límite para que un objeto se

escape del campo gravitatorio de un

astro se le llama la velocidad de escape

en la tierra la velocidad de escape son

unos 11 km por segundo es decir que si

tienes una velocidad menor que eso la

piedra vuelve a caer o como mucho se

quedan orbitando alrededor de la tierra

y si tienes una velocidad mayor que esa

velocidad de escape la los objetos se

escapan y se vaya al infinito está claro

que la velocidad de escape depende de la

masa que tenga el objeto del que

queremos escapar por ejemplo en la luna

la velocidad de escape es de unos 2 km

por segundo mientras que en Júpiter es

de 60 km por segundo y en el sol la

velocidad de escape es unos 600 km por

segundo está claro también que Cuanto

más compacto sea el objeto del que

queremos escapar mayor es su fuerza

gravitacional y más complicado será

escaparnos así que mayor será la

velocidad de escape Por ejemplo si

pensamos en una estrella de neutrones

que tiene unas masas del orden de varias

masas solares pero un tamaño de unos 10

o 15 km las velocidades de escapes

pueden ser fabulosas unos 150,000 km por

segundo que es la mitad de la velocidad

de la luz así que podemos plantearnos

podría existe un objeto tan masivo y tan

compacto que la velocidad de escape

fuera mayor que la de la luz de manera

que nada pudiera escapar porque es la

mayor velocidad posible en la física

esto es justamente un agujero negro un

sistema que es tan masivo y tan compacto

que ni siquiera la luz puede escapar de

su atracción gravitacional los agujeros

negros con otro nombre estrellas oscuras

fueron propuestos ya en el siglo XVIII

por mitchell que era un geólogo que

propuso la existencia de objetos que

eran tan masivos que ni siquiera la luz

podía escapar de ellos esto por supuesto

era hace siglos los cálculos los hizo

utilizando la física newtoniana sin

relatividad por supuesto y no pasó de

ser una mera curiosidad esta conjetura

de la existencia de estrellas oscuras de

hecho es muy fácil utilizar la física de

Newton para encontrar cuál es la

velocidad de escape de un objeto podemos

hacerlo fácilmente si nos imaginamos que

estamos en la superficie de un cuerpo

que tiene una masa m y lanzamos un

objeto hacia arriba En el momento en el

que salga tendrá una energía cinética

que será 1/2 de su masa por la velocidad

al cuadrado y tendrá también una energía

potencial gravitatoria que será menos G

veces la masa del cuerpo que atrae la

masa del objeto que quiere escapar

dividido por r que es el tamaño de de un

cuerpo y G es la constante de Newton La

constante de la gravitación universal si

este objeto escapa al infinito cuando

llega al infinito con velocidad

prácticamente cero porque justo es la

velocidad mínima que tiene que tener

para poder escapar de su atracción

gravitacional entonces tendrá una

energía cinética nula y como está en el

infinito donde no hay campo

gravitacional su energía potencial

gravitatoria también será cero

utilizando la conservación de la energía

estas dos cantidades serán iguales Así

que obtenemos que la velocidad de escape

está dada por esta expresión si tomamos

estas mismas fórmulas y las aplicamos

ingenuamente para pedir que la velocidad

de escape sea la velocidad de la luz lo

que obtendremos es que el radio que

tiene que tener el objeto que atrae es

igual a dos veces la constante de Newton

multiplicado por la masa del objeto

dividido por la velocidad de la luz al

cuadrado con la formulación de la

relatividad general por parte de

Einstein en 1915 la descripción de la

gravedad cambió un poquito se describió

como una curvatura del espacio-tiempo

Así que la definición de un agujero

negro es un objeto tan masivo y tan

compacto que curva tanto el

espaciotiempo que las trayectorias de la

luz se curvan y son incapaces de escapar

al inf finito por lo tanto el objeto no

emite luz y se observa como negro la

solución de la relatividad general que

describe un agujero negro esférico fue

formulada por Carl susil En 1916

resolviendo las ecuaciones de Einstein y

describe a un objeto con esas

propiedades es tan compacto y tan masivo

que curva las trayectorias de la luz de

manera que no pueden escapar al infinito

estos agujeros negros están rodeados de

una región esférica que se llama el

Horizonte el horizonte de sucesos que

corresponde más o menos a las órbitas de

la luz alrededor del agujero negro

porque son incapaces de escapar al

infinito curiosamente aunque las

ecuaciones de la relatividad general son

mucho más complicadas que la física de

Newton y las solución de sarsil es

también bastante complicada el resultado

para el radio del horizonte de un

agujero negro de sarsil es exactamente

el que hemos visto utilizando física

newtoniana está dado por la misma

sencilla fórmula al contrario de lo que

pasaba con las estrellas oscuras de

mitchel cuando un observador por ejemplo

un astronauta llega al Horizonte en

lugar de chocarse con él lo que sucede

es que lo atraviesa tranquilamente y no

se entera de nada simplemente lo que

ocurre es que una vez que ha entrado es

incapaz de de escaparse hacia fuera

porque para ello necesitaría superar la

velocidad de la luz que es la velocidad

máxima en física Así que no puede

escapar una vez que está Atrapado dentro

el observador que ha caído todavía puede

vivir un tiempito pero ya es inevitable

que se acabe encontrando con la

singularidad la singularidad no es un

lugar dentro de agujero negro sino que

es un suceso que le ocurre cuando todo

el espacio tiempo colapsa sobre él y el

observador por supuesto queda totalmente

destruido debemos aclarar que desde el

punto de vista exterior el agujero negro

sigue existiendo Exactamente igual que

antes de acuerdo es solo la percepción

del observador que ha caído dentro pero

no puede escaparse para contáramos la

hoy en día tenemos amplia evidencia

observacional de la existencia de

agujeros negros en el universo por

ejemplo los agujeros negros pueden hacer

por colapso de estrellas suficientemente

masivas cuando agotan su combustible y

caen sobre sí mismas son tan masivas y

compactas que pueden formar un agujero

negro hemos visto rayos x de los discos

de acreción de la materia alrededor de

este tipo de agujeros negros mientras

esperan su turno para ser devorado

existe también otro tipo de agujeros

negros con masas intermedias del orden

de decenas de veces la masa del sol que

existen por ejemplo en sistemas binarios

Y que observamos cuando colisionan entre

sí forman un agujero negro más grande y

emiten cantidades fabulosas de energía

en forma de ondas gravitacionales que

podemos detectar con interferómetro como

el aigo finalmente hay agujeros negros

que se llaman supermasivos con masas de

millones de veces o miles de millones de

veces la masa del sol que viven en los

centros de las Galaxias y y que hemos

detectado de varias maneras por ejemplo

en el centro de la vía láctea hay un

agujero negro de este tipo que se llama

Sagitario a estrella y hemos observado

estrellas que giran alrededor de este

agujero negro en el centro de la galaxia

incluso hemos sacado una fotografía una

imagen en ondas de radio de sagitario a

Estrella debemos aclarar que los

agujeros negros astrofísicos además de

masa tienen también momento angular es

decir giran Pero de eso ya hablaremos

más adelante todas estas observaciones

confirman que nuestra imagen de qué

ocurre cerca de un agujero negro es

correcta y está de acuerdo con la

relatividad general es decir entendemos

perfectamente cómo se comporta el

entorno de un agujero negro Pero qué

ocurre realmente cuando alguien cae

dentro o cuando la materia cae dentro

dónde va esa materia qué ocurre con ella

qué pasaría un astronauta que cayera

dentro qué pasaría con todas las cosas

que observa nos puede dar información

podemos conseguir información de qué hay

dentro de un agujero negro Así que vamos

a responder ahora a la pregunta de De

qué están hechos los agujeros negros y

Cómo podemos averiguarlo la primera

respuesta es a nivel ingenuo o

principiante y por lo que hemos contado

la respuesta sería que no podemos saber

de que está hecho un agujero negro y no

podemos averiguarlo porque cualquier

aparato cualquier detector aparato de

medida cualquier observador que caiga

dentro del horizonte va a ser incapaz de

salir y de transmitirnos la información

de lo que ha medido o lo que ha

observado Así que es imposible saberlo

por tanto sería imposible saber de qué

están hechos los agujeros negros no

habría ninguna manera de averiguarlo

esto nos lleva al siguiente nivel que es

el nivel un poco sobrado de las personas

que pueden saber un poco más de física y

la respuesta a este nivel sería decir en

realidad no importa el argumento para

ello es el llamado teorema de no pelo

que nos dice que en cuatro dimensiones

espaciotemporales es decir tres de

espacio y una de tiempo cualquier

solución de agujero negro está

etiquetada por únicamente tres números

la masa del agujero negro

el momento angular que tiene Cuál es su

Spin Cómo gira y cuál sería su carga

eléctrica una vez que especificas esos

tres números la solución de agujero

negro está perfectamente bien definida

dos agujeros negros con la misma masa la

misma carga y el mismo Spin serían

absolutamente indistinguibles Así que da

igual de que estén hechos porque se

comportan exactamente de la misma manera

no importa si los construiste colapsando

estrellas o apilando elefantes unos

contra otros el resultado sería un

agujero negro exactamente del mismo tipo

si tiene los mismos parámetros una

pequeña aclaración los agujeros negros

astrofísicos que observamos no tienen

carga eléctrica lo que sí tienen además

de masa es Spin o momento angular y de

hecho se puede medir y tenemos vídeos

explicándolo lo de las cuatro

dimensiones espaciotemporales es

interesante y tiene su punto Porque si

vas a más dimensiones por ejemplo si

estuviéramos en cinco dimensiones sí que

existen grados de libertad adicionales

que te dicen que puedes tener agujeros

negros con la misma masa la misma carga

y el mismo Spin pero con diferentes

topologías de su Horizonte por ejemplo

hay agujeros negros con horizonte de

forma esférica o Horizonte en forma

forma de donut un donut que gira muy

rápidamente y que lo estabiliza frente a

su colapso os imagináis eso un agujero

negro con forma de donut Pero bueno eso

ocurre en cinco o más dimensiones aquí

nos estamos moviendo en cuatro

dimensiones vamos a volver al mundo

Terrenal en cuatro dimensiones el

teorema de no pelo se aplica exactamente

y es un resultado que es un teorema

partiendo de las ecuaciones clásicas de

la relatividad general lo que viene a

decir es que da igual como hayas

construido el agujero negro Qué cosas

tenga en su interior Simplemente si

defines Cuál es su masa su carga y su

momento angular el estado del agujero

negro está perfectamente bien definido y

es único hay una unicidad en los

agujeros negros en cuatro dimensiones

Así que a la pregunta de De qué están

hechos los agujeros negros en este nivel

sobrado diríamos Bueno en realidad A

quién le importa da igual mientras

tengas definido su masa su carga y su

momento angular conoces perfectamente el

agujero negro No importa De qué esté

hecho y ahora nos vamos a mover al nivel

experto donde la respuesta a la pregunta

de De qué están hechos los agujeros

negros es sí que se puede saber de qué

están hechos los agujeros negros y sí

que importa y de hecho es la respuesta a

la pregunta más importante de la física

teórica bueno la respuesta no es tanto a

la pregunta de De qué están hechos sino

Cómo se puede saber de qué están hechos

para hac al nivel experto tenemos que

movernos en el ámbito de el problema de

la información de agujeros negros en

gravedad cuántica Esto suena un poco

imponente pero os tengo que recordar que

estamos en el nivel experto la idea

básica es que si el teorema de no pelo

fuera exactamente válido es decir que

bastara con etiquetar la masa el

movimiento angular y la carga para

caracterizar completamente un agujero

negro eso llevaría a violaciones de la

Segunda ley de la termodinámica la

segunda de la termodinámica lo que dice

es que la entropía de un sistema siempre

crece hemos hablado de la entropía en

varios vídeos y de hecho yo he hablado

de ello en el vídeo de la física de

tenet Así que os lo recomiendo spam la

entropía es una medida del desorden de

un sistema Por ejemplo si pensamos en

una habitación llena de gas y pensamos

en las moléculas de gas pueden estar muy

ordenaditos por ejemplo todas metidas en

una pequeña esquina de la habitación o

pueden estar totalmente desordenadas por

toda la habitación al estado donde Todas

están metidas en una esquina se le llama

un estado de muy baja entropía y al

estado donde están todas desordenadas se

le le llama un estado de muy alta

entropía o sea que la entropía es una

medida del desorden del sistema el hecho

de que la entropía siempre crezca quiere

decir que al final las cosas tienden a

desordenar si tomas una habitación al

azar lo más probable es que todas las

moléculas estén distribuidas por todas

partes desordenadas mientras que es

extremamente improbable que te las

encuentres de repente todas metidas en

una esquina hay muchas más maneras de

estar desordenadas todas las moléculas

por toda la habitación que de estar

todas metidito en una pequeña esquina

Simplemente porque en toda la habitación

el volumen es más grande y hay más

maneras de desperdigar es decir hay más

estados accesibles en una situación en

la que las moléculas están desperdigadas

por toda la habitación que cuando las

moléculas están confinadas a una pequeña

esquina Así que la entropía es una

medida del número de microestados del

sistema compatible con ciertas

propiedades macroscópicas por ejemplo

que la habitación est a cierta

temperatura t de hecho la entropía está

definida por la famosa fórmula de

boltman que corresponde a que es el

logaritmo del número de microestados

existentes o accesibles a un sistema la

entropía de los sistemas suele crecer

Con el volumen por ejemplo el gas en la

habitación crece con el volumen de la

habitación Simplemente porque Cuanto más

volumen haya más estados posibles hay y

más se pueden desordenar las moléculas

pero vamos ahora a lo que nos interesa

que son los agujeros negros si los

agujeros negros fueran como os he

descrito hasta ahora es decir con el

teorema de no pelo básicamente llevarían

a formas muy fáciles de violar la

segunda ley de la termodinámica que dice

que la entropía crece se podría

por ejemplo un sistema con muy alta

entropía por ejemplo una habitación

llena de gas y reducir drásticamente la

entropia del universo tomando esa

habitación y zas lanzándola dentro de un

agujero negro el agujero negro

absorbería la habitación crecería un

poco en masa y en tamaño pero como está

caracterizado simplemente por su masa

momento angular y carga simplemente

habría un estado posible por lo tanto su

entropía sería cero toda la entropía que

había en la habitación habría

desaparecido por lanzarla dentro de un

agujero negro esto podría ser así pero

cada vez hay más evidencia de que no es

así como se comportan los agujeros

negros cada vez se piensa más que los

agujeros negros Se comportan también

como sistemas termodinámicos tienen

entropía y tienen muchos estados

posibles esto parecería contradecir el

teorema de en pelo el punto crucial es

que estos microestados se diferencian

por propiedades cuánticas esto es

compatible con el teorema de no pelo

porque el teorema de no pelo es un

teorema clásico de física clásica

mientras que los microestados estarían

diferenciados por sus comportamientos

cuánticos es decir es una propiedad

cuántica que va más allá del resultado

clásico del teorema de no pelo así que a

nivel clásico el teorema de no pelo

seguiría siendo válido simplemente es la

física clásica la que falla y a nivel

cuántico habría muchos estados

compatibles con unos parámetros de masa

carga y espin así que se piensa que los

agujeros negros tienen entropía y de

hecho esa entropía aumenta cuando se

lanzan cosas dentro por ejemplo cuando

lanzas una habitación llena de gas con

mucha entropía dentro de un agujero

negro la entropía del agujero negro

también aumenta de forma que la entropía

total del universo aumenta y se

satisface la segunda ley de la

termodinámica Y cómo podemos decir que

hay varios microestados diferentes para

un agujero negro si nadie puede meterse

y mirarlos esta entropía de los agujeros

negros fue propuesta por beckenstein y

hawkin y tiene una propiedad muy

peculiar en lugar de aumentar con el

volumen del agujero negro que sería el

radio del horizonte al cubo aumenta con

el área del horizonte es decir con el

radio del horizonte al cuadrado Esto es

algo muy peculiar muy específico y muy

diferente de lo que pasa con otros

sistemas como las habitaciones donde la

entropía depende del volumen a este

comportamiento de la entropía de los

agujeros negros se le llama la ley de

área Cómo es esto posible bueno Pues

básicamente porque los grados de

libertad que codifican toda la

información del desorden y los estados

del agujero negro está caracterizada por

información que se puede localizar en el

Horizonte es decir es como si el

Horizonte fuera una pantalla que tuviera

unos bits que se encienden y se apagan Y

con esa información localizada en el

área uno puede reconstruir toda la

información de qué está pasando dentro

del agujero negro a esto se le llama el

principio holográfico de tofy saskin que

nos dice que toda la información del

interior del agujero negro se puede

codificar en una pantalla exterior que

es el Horizonte con sus bits que se

encienden y se apagan sería de forma

similar a un holograma en el que una

imagen tridimensional queda codificada

en una pantalla dos dimensional que

iluminada adecuadamente es capaz de

reproducirnos toda la información 3D una

manera de entender esto es que cuando un

astronauta o la materia está cayendo

dentro del agujero negro y llega al

Horizonte y lo atraviesa del punto de

vista del observador externo lo que está

ocurriendo es que no llega a observar

que la materia o el astronauta esté

cruzando el Horizonte simplemente

Observa que cada vez se acerca más y se

va aplanando de forma infinita sobre el

área del horizonte Así que todos sus

grados de libertad y toda su información

quedaría codificada en este área del

horizonte que rodea al agujero negro y

esta información que está localizada en

el el Horizonte del agujero negro

podemos acceder a ella bueno como estos

agujeros negros son sistemas

termodinámicos están caracterizados

también por una temperatura es la

llamada temperatura de Hawking está

asociada a que un agujero negro puede

emitir radiación es decir los agujeros

negros no son negros a nivel cuántico de

esto hemos hablado ya en varios vídeos

pero voy a repasar brevemente la idea la

idea básica Es que en la física cuántica

es posible que en el vacío se generen

fluctuaciones cuánticas que corresponden

a creaciones de pares partícula

antipartícula que se crean y se

aniquilan instantáneamente ahora bien si

estás cerca de un agujero negro cerca

del horizonte podría pasar que cuando se

crea un par partícula antipartícula una

de ellas caiga dentro del horizonte y no

puede escapar mientras que la otra

escapa al infinito estas partículas que

escapan al infinito son la radiación de

hocking y tienen un espectro una

distribución de frecuencias que

caracteriza la temperatura del agujero

negro esto es de forma similar a como

observando la la distribución de

frecuencias de un hierro incandescente

podemos determinar A qué temperatura se

encuentra el hierro en este punto

conviene aclarar que la predicción de la

existencia de muchos microestados para

agujeros negros y la emisión de

radiación de Hawking es un fenómeno que

se ha formulado teóricamente pero que no

se ha observado en el universo para los

agujeros negros astrofísicos que

observamos en el universo la radiación

de hawkin es un fenómeno extremadamente

débil y es esencialmente inobservable en

la práctica eso está asociado a que la

temperatura de un agujero negro es mayor

Cuanto más pequeña es su masa y es menor

Cuanto más grande es su masa Así que los

agujeros negros que observamos en el

universo tienen temperaturas

extremadamente frías por ejemplo un

agujero negro de unas pocas masas

solares tiene una temperatura de 10 a la

8 Kelvin es muy frío cerca del cero

absoluto es muchísimo más frío incluso

que el fondo de radiación de microondas

del universo que está a 3 kin para los

agujeros negros supermasivos en el

centro de las Galaxias la la temperatura

es órdenes de magnitud muchísimo menor

todavía así que cualquier agujero negro

del universo está tan frío que no emite

radiación sino que lo que hace es

absorbe toda la radiación y toda la

materia que lo está rodeando cuando los

agujeros negros van emitiendo radiación

su masa poco a poco va decreciendo muy

despacio pero va decreciendo de manera

que según se va evaporando y emitiendo

más radiación puede llegar un momento en

el que desaparezcan del todo esto lleva

muchísimo tiempo muchas veces más que la

edad del universo pero teóricamente es

algo que ocurr cuando la masa del

agujero negro y su tamaño van

decreciendo la entropía del agujero

negro es decir el número de estados que

tiene también va disminuyendo y de hecho

cuando el agujero negro Se evapora

completamente no queda en ningún grado

de libertad no queda en ningún estado

posible Así que una pregunta natural es

decir bueno dónde se ha ido todos los

estados del agujero negro y toda la

información contenida de En qué estado

se encontraba el agujero negro si esta

información de los agujeros negros

realmente se perdiera llevaría a

consecuencias catastróficas para la

física tal como la conocemos básicamente

porque implicaría que se viola uno de

los principios fundamentales de la

física cuántica la unitari medad la

unitari lo que nos dice es que las

probabilidades de cualquier proceso

suman el 100% si hubiera un agujero

negro que fuera capaz de perder

información porque no se puede detectar

lo que está ocurriendo en su interior o

esa información acaba perdida llevaría a

que es muy fácil en un proceso cuántico

lanzar parte de sus componentes dentro

de un agujero negro y se pierde esa

información para que parte de la

probabilidad se vaya por ahí y no sume

al 100% llevaría esas violaciones de

unitari Dad Así que esto lleva al

llamado problema de la información del

agujero negro qué es lo que tenemos que

hacer entender los agujeros negros de

una forma diferente o tirar a la basura

las reglas de la física cuántica y

modificarla el consenso hoy en día es

que las reglas de la física cuántica

funcionan perfectamente mente y lo que

hay que hacer es modificar nuestra

noción de cómo funcionan los agujeros

negros Así que la idea es que según el

agujero negro se va evaporando esa

información que estaba almacenada dentro

escapa de alguna manera y queda

almacenada fuera fuera quiere decir en

la radiación de Hawking que ha sido

emitida cuando el agujero negro Se

evapora completamente y queda

transformado en radiación que está

escapando hacia el infinito en esa

radiación que está escapando al infinito

estaría codificada toda la información

del agujero negro y Cuál ha sido su

origen su historia y todo lo que le pasó

ahora la pregunta es cómo se lleva la

radiación de Hawking esa información

cuántica que hay dentro el agujero negro

como la codifica daos cuenta que como la

radiación de Hawking se forma en el

Horizonte como acabamos de explicar es

justamente lo adecuado para codificar la

información del agujero negro que

también se almacenaba de alguna manera

según el principio holográfico en el

Horizonte cuando se emite la radiación

de Hawking por creación de estos pares

virtuales estos pares están entrelazados

es decir tienen correlaciones cuánticas

entre sus dos componentes es un par epr

hay una correlación entre las

propiedades de la partícula que es

escapa Al infinito y las propiedades de

la partícula que cae dentro del

horizonte Así que cuando la radiación

escapa estudiando adecuadamente las

correlaciones cuánticas uno puede tener

información sobre Qué sucede con sus

compañeras que están encerradas dentro

el horizonte de hecho cuando el agujero

negro Se evapora completamente y se

convierte totalmente en radiación de

Hawking capturando toda esa radiación de

Hawking y estudiando las correlaciones

cuánticas uno podría reconstruir toda la

información que quisiera sobre el

agujero negro Cómo se formó si fue

colapsando estrellas o colisionando

elefantes unos contra otros Qué pasó

después si cayó materia dentro si algún

astronauta cayó dentro incluso Qué

sintió qué observó El astronauta cuando

caía dentro antes de encontrarse con esa

singularidad que lo destruye Por tanto

la receta para saber de qué está hecho

un agujero negro y Cuál ha sido toda su

historia sería la siguiente rodea el

agujero negro con algún tipo de detector

espera toda la vida del agujero negro

hasta que emita toda la radiación y se

descomponga totalmente y estudia las

correlaciones cuánticas de esa radiación

de Hawking para detectar toda la

historia del agujero negro y responder

todas las preguntas que quieras hacer

sobre qué le pasó Y qué le pasó a las

cosas que cayeron dentro y a

continuación celebras tu éxito esto por

supuesto es un ejercicio teórico y no se

puede hacer en la práctica pero Incluso

el punto de vista teórico es complicado

establecer este diccionario entre la

información codificada en la radiación

de Hawking y los observables dentro en

el interior de un agujero negro es algo

que no está resuelto es una pregunta

abierta en la física teórica y una de

las piezas claves para comprender el

funcionamiento de los agujeros negros a

nivel cuántico y por tanto para entender

la gravedad cuántica decifrar este

diccionario sería equivalente a mostar

la piedra roseta para los egiptólogos

que nos permitió entender Cómo era la

vida y la historia del Antiguo Egipto en

este caso decodificar el diccionario

entre la radiación de Hawking y los

datos del interior de un agujero negro

nos permitiría entender los misterios

más profundos de la gravedad cuántica

Así que la respuesta a este nivel

experto a la pregunta de De qué está

hecho un agujero negro es que en

principio teóricamente sí se puede saber

y responder cómo funciona este

diccionario para averiguar la respuesta

es una de las preguntas fundamentales de

la física teórica hoy en día Así que si

alguna vez os cais dentro de un agujero

negro no os desesperéis escribid una

carta de despedida y los que nos

quedamos fuera ya nos ocuparemos de

capturar toda la radiación de Hawking de

codificar la información y leer vuestras

amables palabras antes de que os aplaste

la singularidad nada más Espero que os

haya gustado el vídeo y nos vemos en el

siguiente

chao