Ciencia

El agujero negro conjurado en un laboratorio hace las mismas cosas extrañas que Stephen Hawking pensó que haría

2024

Cuando algo destroza la física, cruzas al cuántico reino, un lugar habitado por agujeros negros, agujeros de gusano y otras cosas que han sido las estrellas de múltiples películas de ciencia ficción. Lo que vive en el reino cuántico no se ha demostrado que exista (todavía) o se comporta de manera extraña si existe.

Los agujeros negros a menudo se aventuran en ese reino. Con estas estrellas colapsadas, al menos la mayoría de ellas, siendo imposible volar una nave espacial (a menos que nunca quieras volver a verla), un físico decidió que la mejor manera de acercarse a ellas era bajo un microscopio literal. Jeff Steinhauer quería saber si los agujeros negros irradian partículas como el difunto Stephen Hawking teorizó que lo harían. Debido a que uno de estos leviatanes nunca cabría en un laboratorio, él y su equipo de investigación crearon uno aquí mismo en la Tierra.

Tenemos que entender cómo vemos las ondas sonoras de la radiación de Hawking entrando y saliendo, Steinhauer, coautor de un estudio publicado recientemente en Física de la naturaleza , le dijo a SYFY WIRE. Deben ser muy leves. Ver esta radiación desde un agujero negro real es demasiado débil y estaría totalmente dominado por otras fuentes de radiación, por lo que queremos verla en un sistema analógico.

Este análogo de agujero negro era más un tubo en oposición a las espectaculares cosas arremolinadas que se pueden ver en las imágenes de la NASA como la de arriba. De todos modos, el espectáculo de luces alrededor de esos monstruosos agujeros negros es en realidad todo el polvo, el gas y otras cosas de estrellas que devora. El equipo de Steinhauer no necesitaba un disco de acreción . Solo querían ver si una de las partículas cuánticas entrelazadas que estaba al borde del horizonte de eventos escaparía como Hawking predijo. El entrelazamiento cuántico significa que dos partículas se comportarán exactamente de la misma manera, dondequiera que estén en el tiempo y el espacio.

Stephen Hawking, quien teorizó que los agujeros negros irradian fotones al espacio. Crédito: Frederick M. Brown / Getty Images

Cuando una de un par de partículas entrelazadas va demasiado lejos y pasa el horizonte de sucesos, pero la otra logra quedarse justo en el borde del punto sin retorno, eventualmente se irradiará de regreso al espacio. Esta es la radiación de Hawking. En un agujero negro analógico hecho de rubidio gas, los investigadores sustituyeron las ondas de luz por ondas de sonido que los agujeros negros comen en el espacio porque los átomos de rubidio se acercan más rápido que la velocidad del sonido, por lo que ninguna onda de sonido que alcance el horizonte de eventos puede escapar. Sin embargo, la otra onda de sonido entrelazada estaría fuera del horizonte de eventos, donde el flujo de gas era mucho más lento y podía moverse.

Tuvimos que buscar algo correlacionado dentro y fuera del agujero negro, dijo Steinhauer. Cada vez que hay un poco de onda dentro del agujero negro, hay una onda fuera del agujero negro, y eso tuvo que repetirse miles de veces. Hay que seguir buscando una ola adentro y una ola que salga simultáneamente.

Debido a que la cámara que fotografió el agujero negro analógico lo destruiría instantáneamente, el analógico tuvo que ser recreado una y otra vez. Cada uno de estos tenía aproximadamente 0,1 milímetros de largo y estaba formado por unos 8.000 átomos. Solo para dar una idea de cuán asombrosamente pequeño es esto, el punto al final de esta oración tiene al menos mil millones de átomos. Cada vez que se creaba un nuevo análogo, el equipo necesitaba encontrar pares de ondas sonoras que tuvieran una onda moviéndose hacia el horizonte uniforme y la otra ya más allá. El gas de rubidio fluye más rápido que el velocidad del sonido , por lo que impidió que una de estas ondas de sonido estallara, al igual que la aplastante gravedad de un agujero negro en el espacio significa una fatalidad inminente.

Lo que demostró la repetición de fotografías fue que la radiación de Hawking permanece constante. El equipo necesitaba tantos datos para encontrar suficientes correlaciones entre cómo se comportaban todos estos pares de ondas sonoras. Resultó que hacían lo mismo cada vez, por lo que Hawking tenía razón. Al menos este experimento le dio la razón. Hasta que podamos encontrar alguna forma de estudiar los agujeros negros en el espacio con un telescopio tecnológicamente más avanzado de lo que podamos imaginar, los estudios teóricos como el de Hawking tendrán que respaldar si es probable que esto suceda en agujeros negros reales. Steinhauer quiere ir más allá, como en gravedad cuántica .

Me gustaría ir más allá del cálculo de Hawking, para tener en cuenta la gravedad cuántica, dijo. De acuerdo con la relatividad general, puedes calcular la gravedad regular si sabes qué tan masivo es un cuerpo. La gravedad cuántica tiene aleatoriedad como cualquier sistema mecánico cuántico. También quiero ver cómo la radiación de Hawking es análoga a cosas como las moléculas de aire que dispersan el sonido.

La rareza de los agujeros negros, y lo que podrían significar para el espacio-tiempo, nunca termina realmente.