La conexión entre las teorías de Einstein (el puente Einstein-Rosen (agujeros de gusano) y Einstein-Podolsky-Rosen (partículas entrelazadas)) ha intrigado a los físicos durante mucho tiempo. Una nueva investigación sugiere que cuando se aplica a los agujeros negros, esta conexión es más compleja y “grumosa” de lo que se pensaba anteriormente, lo que da como resultado lo que los investigadores llaman “orugas de Einstein-Rosen”.
Entrelazamiento cuántico y agujeros negros: un vínculo teórico
En 2013, Juan Maldacena y Leonard Susskind propusieron una idea convincente: el entrelazamiento cuántico de dos partículas y la existencia de agujeros de gusano podrían ser matemáticamente equivalentes cuando se consideran los agujeros negros. Esto sugiere que dos agujeros negros, inextricablemente unidos a través de una conexión cuántica, podrían crear un túnel a través del espacio-tiempo.
Sin embargo, un estudio reciente dirigido por Brian Swingle de la Universidad Brandeis ha añadido matices a esta comprensión. Al analizar un grupo de agujeros negros entrelazados, Swingle y su equipo descubrieron que la conexión no siempre es fluida y predecible; en cambio, posee una estructura llena de baches y materia.
Desentrañando el interior de los agujeros negros
El estudio de estos agujeros de gusano ofrece una oportunidad única para sondear el interior de los agujeros negros. Estos interiores siguen siendo enigmáticos debido a las inmensas fuerzas gravitacionales en juego, lo que dificulta su estudio directo. Curiosamente, los modelos matemáticos indican que el tamaño del interior de un agujero negro se correlaciona con su complejidad: qué tan intrincado es en el nivel cuántico fundamental. El equipo de Swingle amplió esta lógica para explorar si se aplica un principio similar a los agujeros de gusano que conectan pares de agujeros negros.
Un cálculo complejo: simulando la realidad con física cuántica y gravedad
Una comprensión integral del entrelazamiento de los agujeros negros requeriría una teoría unificada de la gravedad cuántica, una teoría que actualmente elude a los físicos. En lugar de esto, el equipo de Swingle empleó un modelo que cierra la brecha entre la física cuántica y la gravedad, ofreciendo conocimientos al tiempo que reconoce su naturaleza incompleta.
La estructura “Oruga”: materia, longitud y aleatoriedad cuántica
Los cálculos del equipo revelaron una relación directa entre la cantidad de aleatoriedad cuántica microscópica que contiene un agujero de gusano y su longitud geométrica. Sus hallazgos indicaron que es poco probable que estos agujeros de gusano sean perfectamente lisos. Son más propensos a contener protuberancias hechas de materia, una característica que llevó a la analogía de la “oruga”. Esto contrasta con el resultado de 2013, que podría aplicarse a escenarios específicos y menos comunes en los que el estado entrelazado de los agujeros negros conduce a una conexión fluida.
La nueva investigación aporta información sobre los agujeros negros entrelazados, pero aún no describe el caso más común de tal entrelazamiento.
— Donald Marolf, Universidad de California, Santa Bárbara
Direcciones futuras: Computación cuántica y una comprensión más profunda
Donald Marolf, de la Universidad de California en Santa Bárbara, señala que si bien la investigación es valiosa, aún no describe el escenario de entrelazamiento más típico. La gran cantidad de estados teóricamente posibles de los agujeros negros (que superan ampliamente la cantidad de agujeros negros en nuestro universo) subraya la necesidad de realizar más investigaciones teóricas para determinar el estado conectado más probable de un par de agujeros negros.
De cara al futuro, Swingle sugiere utilizar ordenadores cuánticos para simular estos agujeros negros cósmicos y “agujeros de gusano oruga”. El enfoque de su equipo, que integra la física cuántica y la gravedad, sugiere la posibilidad de que ordenadores cuánticos cada vez más potentes puedan ofrecer conocimientos tanto sobre la teoría cuántica como sobre nuevos conceptos relacionados con la gravedad. Además, el estudio de los misterios de la gravedad podría inspirar algoritmos innovadores de computación cuántica.
En conclusión, esta investigación arroja luz sobre la compleja naturaleza de los agujeros de gusano que unen agujeros negros entrelazados, revelando una estructura potencialmente llena de baches y llena de materia. Si bien sigue siendo difícil encontrar una teoría completa de la gravedad cuántica, las investigaciones en curso (incluido el uso potencial de computadoras cuánticas) prometen profundizar nuestra comprensión de estas fascinantes conexiones cósmicas y los misteriosos interiores de los agujeros negros.
