Un cortafuegos de agujero negro es un fenómeno hipotético en el que un observador que cae en un agujero negro se encuentra con cuantos de alta energía en (o cerca de) el horizonte de sucesos . El fenómeno del "cortafuegos" fue propuesto en 2012 por los físicos Ahmed Almheiri , Donald Marolf , Joseph Polchinski y James Sully [1] como una posible solución a una aparente inconsistencia en la complementariedad de los agujeros negros . La propuesta a veces se conoce como el cortafuegos AMPS , [2] un acrónimo de los nombres de los autores del artículo de 2012. La posible inconsistencia señalada por AMPS había sido señalada anteriormente por Samir Mathur, quien utilizó el argumento a favor de la propuesta de la bola de pelusa . [3] [4] El uso de un cortafuegos para resolver esta inconsistencia sigue siendo controvertido, y los físicos están divididos en cuanto a la solución a la paradoja. [5]
Según la teoría cuántica de campos en el espacio-tiempo curvado , una única emisión de radiación de Hawking involucra dos partículas mutuamente entrelazadas . La partícula saliente escapa y se emite como un cuanto de radiación de Hawking; la partícula entrante es tragada por el agujero negro. Supongamos que un agujero negro se formó un tiempo finito en el pasado y se evaporará completamente en algún tiempo finito en el futuro. Entonces, solo emitirá una cantidad finita de información codificada dentro de su radiación de Hawking. Para un agujero negro antiguo que ha cruzado el punto medio de la evaporación, los argumentos generales de la teoría de la información cuántica de Page [6] [7] y Lubkin [8] sugieren que la nueva radiación de Hawking debe estar entrelazada con la antigua radiación de Hawking. Sin embargo, dado que la nueva radiación de Hawking también debe estar entrelazada con grados de libertad detrás del horizonte, esto crea una paradoja : un principio llamado " monogamia del entrelazamiento " requiere que, como cualquier sistema cuántico, la partícula saliente no pueda estar completamente entrelazada con dos sistemas independientes al mismo tiempo; Sin embargo, aquí la partícula saliente parece estar enredada tanto con la partícula entrante como, independientemente, con la radiación de Hawking pasada. [5]
AMPS argumentó inicialmente que para resolver la paradoja los físicos podrían eventualmente verse forzados a renunciar a uno de los tres principios probados por el tiempo: el principio de equivalencia de Einstein , la unitaridad o la teoría cuántica de campos existente . [9] Sin embargo, ahora se acepta que un supuesto tácito adicional en la paradoja de la monogamia era el de la localidad . Una visión común es que las teorías de la gravedad cuántica no obedecen a la localidad exacta, lo que lleva a una resolución de la paradoja. [10] [3] Por otro lado, algunos físicos argumentan que tales violaciones de la localidad no pueden resolver la paradoja. [11]
Algunos científicos sugieren que el entrelazamiento entre la partícula que cae y la partícula que sale debe romperse inmediatamente de alguna manera. Romper este entrelazamiento liberaría grandes cantidades de energía, creando así un abrasador "cortafuegos de agujero negro" en el horizonte de sucesos del agujero negro. Esta resolución requiere una violación del principio de equivalencia de Einstein, que establece que la caída libre es indistinguible de flotar en el espacio vacío. Esta violación ha sido caracterizada como "escandalosa"; el físico teórico Raphael Bousso se ha quejado de que "un cortafuegos simplemente no puede aparecer en el espacio vacío, del mismo modo que un muro de ladrillos no puede aparecer de repente en un campo vacío y golpearte en la cara". [5]
Algunos científicos sugieren que, de hecho, no existe entrelazamiento entre la partícula emitida y la radiación de Hawking anterior. Esta resolución requeriría una pérdida de información del agujero negro , una controvertida violación de la unitaridad. [5]
Otros, como Steve Giddings, sugieren modificar la teoría cuántica de campos para que el entrelazamiento se pierda gradualmente a medida que las partículas salientes y entrantes se separan, lo que da como resultado una liberación más gradual de energía dentro del agujero negro y, en consecuencia, no hay cortafuegos. [5]
La propuesta de Papadodimas-Raju [12] [13] [14] [15] postuló que el interior del agujero negro estaba descrito por los mismos grados de libertad que la radiación de Hawking. Esto resuelve la paradoja de la monogamia al identificar los dos sistemas con los que está entrelazada la radiación de Hawking tardía. Dado que, en esta propuesta, estos sistemas son los mismos, no hay contradicción con la monogamia del entrelazamiento. En la misma línea, Juan Maldacena y Leonard Susskind sugirieron en la propuesta ER=EPR [16] que las partículas salientes y entrantes están conectadas de alguna manera por agujeros de gusano y, por lo tanto, no son sistemas independientes. [17] [18]
La imagen de bola de pelusa resuelve el dilema al reemplazar el vacío " sin pelo " con un estado cuántico fibroso, acoplando así explícitamente cualquier radiación de Hawking saliente con la historia de formación del agujero negro. [19] [20]
Stephen Hawking recibió una amplia cobertura de los medios de comunicación en enero de 2014 con una propuesta informal [21] para reemplazar el horizonte de eventos de un agujero negro con un " horizonte aparente " donde la materia que cae se suspende y luego se libera; sin embargo, algunos científicos han expresado confusión sobre qué es exactamente lo que se está proponiendo y cómo la propuesta resolvería la paradoja. [22]
El cortafuegos se encontraría en el horizonte de sucesos del agujero negro y sería invisible para los observadores que se encontraran fuera de él. La materia que atravesara el horizonte de sucesos y entrara en el agujero negro quedaría inmediatamente "quemada hasta quedar crocante" por una "torbellina de partículas" arbitrariamente caliente en el cortafuegos. [5]
En una fusión de dos agujeros negros, las características de un cortafuegos (si lo hay) pueden dejar una marca en la radiación gravitacional saliente en forma de "ecos" cuando las ondas rebotan en las proximidades del horizonte de sucesos difuso. La cantidad esperada de tales ecos no está clara en teoría, ya que los físicos actualmente no tienen un buen modelo físico de cortafuegos. En 2016, el cosmólogo Niayesh Afshordi y otros argumentaron que había signos tentativos de algún eco de este tipo en los datos de la primera fusión de agujeros negros detectada por LIGO; [23] trabajos más recientes han argumentado que no hay evidencia estadísticamente significativa de tales ecos en los datos. [24]
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