entropía de agujero negro

Una red de radiotelescopios repartidos por todo el planeta capta el susurro de un agujero negro lejano. Cada antena registra la señal, pero ¿cómo combinar esas grabaciones si los relojes de las estaciones avanzan a ritmos distintos y la atmósfera distorsiona las ondas que llegan?

Un agujero negro no es solo una mancha oscura en el espacio. Tiene temperatura y emite radiación. Tiene entropía: una medida de la información oculta grabada en la superficie de su horizonte, como un patrón en una burbuja de jabón.

Un termómetro caprichoso muestra diferentes temperaturas según quién lo mire. Algo parecido ocurre con un agujero negro: sus propiedades térmicas —entropía y temperatura— dependen de cómo describamos la información que oculta.

Una fábrica capaz de producir un millón de piezas por hora, por alguna razón, solo hace un centenar. Más o menos así se comporta nuestro universo si lo miramos a través del prisma de la entropía, esa medida del desorden que, según las leyes de la física, solo puede aumentar. Las principales "máquinas" de esta fábrica son los agujeros negros supermasivos.

En 1973, Jacob Bekenstein propuso que los agujeros negros poseen entropía —una medida del desorden oculto. Stephen Hawking lo confirmó después añadiendo la radiación, pero el origen microscópico de la entropía seguía oscuro.

El horizonte cosmológico —el borde del universo observable, que se expande aceleradamente— es como una caja fuerte con temporizador. La información sobre lo que cruza esta frontera no desaparece, sino que regresa, pero con retraso. Los físicos han averiguado cuánto dura esa pausa.

En el centro de muchas galaxias se esconden agujeros negros supermasivos. Uno de ellos, Sagitario A*, en el corazón de la Vía Láctea, se ha convertido en un banco de pruebas para una nueva idea. Los autores del trabajo tomaron la gravedad einsteiniana y le añadieron un campo electromagnético inusual.

Un agujero negro se parece a una habitación perfectamente oscura: desde fuera no se ve lo que hay dentro, y quien cruza el umbral parece desaparecer para el mundo exterior. Pero, ¿qué siente el propio observador en caída? En la física clásica, nada especial: el horizonte de sucesos no está marcado con ningún cartel.

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.

Un agujero negro se parece a una aspiradora perfecta: todo lo que cruza su horizonte desaparece sin dejar rastro. Pero esta aspiradora tiene una característica extraña: su 'bolsa para el polvo' crece, y por el tamaño de la bolsa se puede saber cuánto ha caído en su interior.

Borrar un solo bit significa liberar calor. Este descubrimiento de Rolf Landauer insinuó que la información no es material, pero tampoco ilusoria. Imagina que cada suceso proyecta una sombra: eso es la información, el conjunto de todas las posibilidades no realizadas.

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.

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.

Un agujero negro acústico es un flujo de fluido más rápido que el sonido, de modo que las ondas sonoras no pueden escapar. El horizonte —la superficie donde la velocidad del flujo alcanza la velocidad del sonido— genera pares de fonones: cuantos de sonido, uno de los cuales escapa y el otro cae hacia adentro.

Un agujero negro se parece a una caja fuerte perfecta: todo lo que cae en él parece perdido para siempre. Pero a nivel microscópico no destruye la información, sino que la mezcla con sus grados internos de libertad, como una baraja de cartas después de un buen barajado.

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.

Una partícula cuántica puede estar en dos estados a la vez — como una moneda girando, cara y cruz. Cerca de un agujero negro, el horizonte de sucesos — donde la curvatura del espacio-tiempo deforma el espacio y el tiempo al extremo — actúa como una puerta de un solo sentido.

El horizonte de un agujero negro suele dibujarse como una membrana unidireccional: todo cae hacia dentro, nada sale. Pero, ¿y si no fuera una frontera vacía, sino una nube de diminutos 'trocitos' del propio espacio-tiempo?

Un agujero negro suele representarse como un abismo con un límite sin retorno. Para salvar la información, que según las leyes cuánticas no puede desaparecer, los físicos reemplazaron ese límite por un ovillo peludo de cuerdas microscópicas. Los datos que caen quedan impresos para siempre en sus hilos entrelazados.

Se lanzan dos monedas en ciudades distintas, pero siempre caen del mismo lado. Los físicos llaman a esto entrelazamiento: las partículas se comportan como si hubiera un hilo invisible entre ellas. Pero ¿y si el hilo no fuera instantáneo, sino simplemente muy rápido, aunque sin superar la velocidad de la luz?

El tiempo es una carretera de sentido único: los eventos avanzan sin posibilidad de dar la vuelta. La flecha de dirección la determina la entropía, una medida del desorden que en el Universo solo aumenta, como el tráfico en hora punta. Se puede despejar un cruce, pero el atasco general solo se vuelve más denso.

En 1989, John Wheeler formuló una idea audaz: «it from bit», todo lo existente proviene de la información. Durante mucho tiempo esto quedó como una metáfora elegante, pero ahora los físicos han encontrado un mecanismo concreto que convierte bits en partículas.

Cuando la entropía alcanza su máximo, la obra termina. Cae el telón, los actores se van, la escenografía se congela. Pero el escenario permanece. Así ocurre con el tiempo: la muerte térmica del universo borra la dirección «pasado-futuro», pero no el tiempo mismo.