entropía de Barrow

Una hoguera que no se apaga de inmediato, sino que arde en brasas durante horas porque la leña aún guarda el calor de la llama pasada. Así funciona aproximadamente el efecto memoria en los agujeros negros. Normalmente, un agujero negro diminuto, con una masa comparable a la de una montaña, debería evaporarse en fracciones de segundo, esparciendo partículas como chispas.

Cuando inflas un globo demasiado rápido, sus paredes empiezan a vibrar. Algo parecido le ocurrió al espacio en los primeros instantes después del Big Bang: el universo se expandía a toda prisa y la propia trama del espacio se llenó de ondulaciones.

La teoría cuántica de campos es el idioma en el que los físicos describen las partículas elementales y sus interacciones. Los autores del trabajo decidieron "retocar" un poco este idioma: introdujeron deformaciones, es decir, pequeños cambios en las reglas del juego.

Un remolino engulle agua, pero la mayor parte la salpica alrededor. Más o menos así se comporta un agujero negro cuando cae demasiada materia sobre él. En un nuevo estudio, los astrofísicos realizaron 32 simulaciones por computadora para entender cómo los parámetros del agujero —masa, rotación y 'apetito'— controlan estas fuentes cósmicas.

Una piedra cae en aguas tranquilas y se extienden círculos por la superficie. Algo parecido le ocurre a un agujero negro cuando algo cae en él o cuando se fusiona con otro. El agujero comienza a oscilar y esas oscilaciones se escapan al espacio en forma de ondas gravitacionales. Los astrofísicos llaman a este proceso el «tañido» del agujero negro.

Un agujero negro sentado sobre una delgada membrana universal (la brana) se asemeja a una bola pesada que estira una lámina elástica. En la física clásica es calvo: solo masa, carga y rotación.

El agua se convierte en hielo a cero grados: de golpe, sin estados intermedios. Algo parecido ocurre con la complejidad cuando tomamos un estado cuántico aleatorio de un sistema completo y miramos solo una parte. Mientras esa parte ocupa menos de la mitad del sistema, su complejidad crece suavemente. Pero en cuanto la proporción supera el 50%, se produce un salto.

Un rayo de luz que se desliza a lo largo del horizonte de un agujero negro no solo se mueve: también transporta calor e información. Los físicos sospechaban desde hace tiempo que la geometría de tales rayos obedece reglas estrictas, pero los detalles permanecían difusos. El nuevo trabajo convierte estas reglas en una desigualdad clara.

En el centro de la mayoría de las galaxias se esconden agujeros negros supermasivos, los amos de la gravedad. Desde 2019, gracias a la interferometría de línea de base muy larga, vemos sus sombras: siluetas oscuras sobre un fondo de gas brillante. Pero, ¿qué es exactamente lo que dibuja esa sombra?

Durante mucho tiempo en cosmología reinó la convicción, proveniente de Hawking: en la época de radiación, los agujeros negros primordiales no crecen.

Un océano infinito donde cada ola lleva información sobre lo que ocurre en las profundidades. Así es, más o menos, nuestro universo según el principio holográfico: la física dentro de un volumen puede describirse mediante procesos en su frontera.

Aislar la señal de un par de agujeros negros supermasivos es como distinguir los pasos de un bailarín en el estruendo de un huracán. En algún lugar del cosmos, estos monstruos giran en un lento tango gravitacional, deformando el propio espacio-tiempo.

Tradicionalmente, un agujero negro se describía mediante tres parámetros: masa, carga y momento angular. Esta descripción lacónica, llevada al aforismo por John Archibald Wheeler: «Los agujeros negros no tienen pelo».

La búsqueda de aniones no abelianos es una cacería de un fantasma cuántico que deja solo una pista: la entropía. Estas partículas habitan en sistemas bidimensionales a temperaturas ultrafrías. Su intercambio no solo cambia el signo de la función de onda, sino que entrelaza estados, creando un orden topológico.

Tras el Big Bang, el universo experimentó una rápida expansión — la inflación, que alisó la radiación de fondo cósmico y sembró las semillas de las galaxias. Pero a nivel cuántico, en el campo del inflatón, bullían fluctuaciones caóticas.

En el centro de la galaxia M87, a 55 millones de años luz de nosotros, se esconde un agujero negro con una masa de 6,5 mil millones de soles. En 2019, el telescopio Event Horizon Telescope (EHT) mostró por primera vez su retrato: una rosquilla naranja con un núcleo oscuro. Pero la rosquilla no es el abismo en sí.

En los primeros instantes tras el Big Bang, el universo estaba lleno de un plasma caliente y casi homogéneo. Pero en algunos lugares la densidad podía ser casualmente un poco mayor. Si ese cúmulo alcanzaba una masa crítica, colapsaba en un agujero negro — así nacían los agujeros negros primordiales.

En la búsqueda de la naturaleza de la materia oscura, una de las hipótesis más intrigantes se remonta a los primeros instantes después del Big Bang.

Un agujero negro supermasivo flota en una nube de materia oscura. En la imagen habitual, esta sustancia invisible simplemente añade masa y apenas interactúa con la materia ordinaria. Pero las partículas de materia oscura podrían tener rotación propia: espín.

Un agujero negro no es solo una aspiradora cósmica. Es una región con una gravedad tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar. Pero si lo colocamos en un fluido ideal de materia oscura y le añadimos una nube de cuerdas —finos hilos tensados a lo largo de todo el espacio—, el panorama se complica.

Un agujero negro es como una peonza: cuanto más rápido gira, más notable es su comportamiento. Tiene dos fronteras: el horizonte externo y el interno, límites de los que ni siquiera la luz puede escapar. En el nuevo trabajo, los físicos se asomaron al interior de un agujero negro giratorio con carga y multiplicaron las áreas de esas dos superficies.

Una hoguera no se consume de inmediato. Si miras las llamas en un instante al azar, solo ves un revoltijo de lenguas de fuego, y nunca podrías saber qué se ha quemado: una rama mojada, una revista vieja o un montón de hierba seca. Pero si observas la hoguera hora tras hora, en su danza aparecen ritmos: un aumento del calor, una pausa, un cambio de color. Esos ritmos cuentan qué se arrojó al fuego.

Una bandada de diminutas bolas de hielo esparcidas en una habitación cálida. Unas se derriten más rápido, otras más lento, pero cuando solo quedan manchas húmedas, todas desaparecen de la misma manera: la última gota se evapora según la misma ley.

Los agujeros negros pierden masa, como el agua de un cubo al sol: esa evaporación fue descubierta por Stephen Hawking.

El espacio-tiempo es como una hoja de papel gigante. Dóblala y las esquinas lejanas se acercarán. Perfórala con un lápiz y obtendrás un agujero de gusano, un túnel corto a través de los pliegues. Pero el papel tiende a enderezarse, cerrando el paso. Para mantenerlo abierto, se necesita un raro 'revestimiento': materia con energía negativa.

La luz que cae en un agujero negro transporta información, por ejemplo, el camino que ha seguido un fotón. El horizonte (la superficie de la que nada puede escapar) reacciona a ello cambiando su entropía, una medida del desorden similar al número de páginas mezcladas en un libro.

La gravedad no es fundamental: es una sombra proyectada por la entropía, la medida del desorden. Ya en los años 70, Jacob Bekenstein y Stephen Hawking descubrieron que los agujeros negros almacenan desorden en su superficie, como si la información estuviera esparcida sobre su…

Un terrón de azúcar pesa alrededor de un gramo. Pero un agujero negro capaz de esconderse en un terrón así pesaría como una pequeña montaña: miles de millones de toneladas. Pero incluso esos diminutos, nacidos en los primeros instantes después del Big Bang, en teoría se han desvanecido hace tiempo.

Un agujero negro diminuto, del tamaño de un núcleo atómico pero con la masa de una montaña, surgió en los primeros instantes tras el Big Bang, cuando cúmulos aleatorios de energía colapsaron en tales objetos.

Las ondas gravitacionales han desvelado el abismo: casi no nacen agujeros negros con masas entre 60 y 120 soles. Esta brecha la crean las supernovas por inestabilidad de pares, explosiones que no dejan ni una mota de polvo de la estrella.

Un agujero negro no es una esfera congelada. Se parece más a una burbuja de jabón cuyas paredes pueden expandirse y contraerse. Incluso tiene dos capas: el horizonte exterior, del que la luz ya no puede escapar, y el interior, escondido más adentro. Cuando el agujero absorbe materia o pierde energía, ambas capas se desplazan, como la película de una burbuja que cambia de tamaño.

Justo después del Big Bang, el Universo se expandió increíblemente rápido — esta etapa se llama inflación. En algunas regiones microscópicas, la materia se condensó aleatoriamente hasta el punto de colapsar en agujeros negros primordiales. Son diminutos — del tamaño de un protón, pero masivos — como un iceberg.

En el primer segundo después del Big Bang, el universo era un caldero hirviente de energía. Pares de 'partícula-antipartícula' nacían y se aniquilaban mutuamente al instante. Pero por cada mil millones de esos pares, una partícula de materia sobrevivía — y ese remanente se convirtió en estrellas, planetas, personas.

Una piedra cae en un estanque y se forman ondas en el agua. Del mismo modo, un agujero negro en reposo puede encontrarse con una onda gravitacional o una nube de gas. No permanece indiferente: su superficie (el horizonte de sucesos) se hunde ligeramente, como una membrana tensa bajo el peso de una gota.

Un globo se infla cada vez más rápido. Primero se estira suavemente, pero en cierto momento la bomba falla: la velocidad disminuye y luego vuelve a aumentar. Durante ese breve respiro, en la goma aparecen diminutas burbujas. Al seguir inflando, se convierten en nudos densos. Algo parecido le ocurrió al propio universo justo después del Big Bang.

La fusión de dos agujeros negros se asemeja a un baile que termina con una poderosa ráfaga: una onda gravitacional. Esta onda lleva la huella de cómo se curva el espacio-tiempo alrededor de los objetos.

El agua descompuesta por electricidad en hidrógeno y oxígeno es un viejo sueño de combustible limpio. Pero en el camino se interponen diminutas burbujas de gas: recubren los electrodos como la espuma en las paredes de un vaso de refresco y dificultan que la corriente haga su trabajo.

Algunos agujeros negros son remanentes del Big Bang. Normalmente se desvanecen mediante una lenta fuga de radiación, predicha por Stephen Hawking.

Los agujeros negros clásicos —regiones del espacio-tiempo con una gravedad tan poderosa que ni siquiera la luz puede escapar—, según la relatividad general, ocultan en su centro una singularidad: un punto de densidad y curvatura infinitas donde las leyes conocidas de la física pierden su sentido.

Los agujeros negros primordiales —objetos hipotéticos surgidos en los primeros instantes tras el Big Bang por el colapso de fluctuaciones superdensas—, según la predicción clásica de Stephen Hawking, deberían haber desaparecido hace mucho tiempo: evaporarse por completo mediante radiación cuántica, como un charco de agua que se desvanece bajo los rayos…