La teoría de cuerdas: la definición de un agujero negro

Una de las consecuencias de la teoría general de la relatividad de Einstein era una solución en la que el espacio-tiempo curvado tanto que incluso un haz de luz quedó atrapado. Estas soluciones se hicieron llamados agujeros negros,

y el estudio de ellos es uno de los campos más interesantes de la cosmología. Aplicación de la teoría de cuerdas para estudiar los agujeros negros es una de las piezas más significativas de la evidencia a favor de la teoría de cuerdas.

Los agujeros negros se cree que forman cuando las estrellas mueren y su volumen masiva colapsa hacia adentro, creando intensos campos gravitatorios. Nadie tiene " visto " un agujero negro, pero los científicos han observado evidencias gravitatoria consistentes con las predicciones acerca de ellos, por lo que la mayoría de los científicos creen que existen.

Lo que sucede en el interior de un agujero negro?

De acuerdo con la teoría general de la relatividad, es posible que el tejido del espacio-tiempo se curva una cantidad infinita. Un punto con esta curvatura infinita se llama un espacio-tiempo singularidad. Si usted sigue el espacio-tiempo de nuevo a la gran explosión, que te llegue una singularidad. Singularidades también existen en el interior de los agujeros negros.

Debido a que la relatividad general dice que la curvatura del espacio-tiempo es equivalente a la fuerza de la gravedad, la singularidad de un agujero negro tiene una gravedad infinita. Cualquier cuestión de entrar en un agujero negro sería destrozado por esta intensa energía gravitacional medida que se acercaba la singularidad.

Por esta razón, los agujeros negros son una excelente campo de pruebas teóricas para la teoría de cuerdas. La gravedad es normalmente tan débil que no se observan efectos cuánticos, pero en el interior de un agujero negro, la gravedad se convierte en la fuerza dominante en el trabajo. Una teoría de la gravedad cuántica, como la teoría de cuerdas, explicaría exactamente lo que ocurre dentro de un agujero negro.

¿Qué pasa en el borde de un agujero negro?

El borde de un agujero negro se llama horizonte de sucesos, y representa una barrera que ni siquiera la luz puede salir de. Si se va a ir cerca del borde de un agujero negro, los efectos relativistas se llevan a cabo, incluyendo la dilatación del tiempo. Para un observador externo, se vería como si el tiempo se ralentiza para usted, con el tiempo llegar a una parada. (Usted, por el contrario, se daría cuenta de nada - hasta intensas fuerzas gravitacionales del agujero negro que aplastados, por supuesto.)

Anteriormente se creía que las cosas sólo dejarse atrapar en un agujero negro, pero el físico Stephen Hawking famosa mostró que los agujeros negros emiten una energía llamada La radiación de Hawking. (Esto fue propuesto en 1974, un año después de la realización igualmente innovador por Jacob Bekenstein israelí que los agujeros negros poseían entropía - una medida termodinámica de desorden en un sistema. La entropía mide el número de diferentes maneras de arreglar las cosas en un sistema.)

La física cuántica predice que las partículas virtuales se crean y se destruyen continuamente, debido a las fluctuaciones cuánticas de la energía en el vacío. Hawking aplica este concepto a los agujeros negros y se dio cuenta de que si tal par es creado cerca del horizonte de sucesos, era posible que una de las partículas a dejarse embaucar por el agujero negro, mientras que el otro no lo hizo. Esto parecería idéntico a la radiación que emite agujero negro. Para conservar la energía, la partícula que cayó en el agujero negro debe tener la energía negativa y reducir la energía total (o masa) del agujero negro.

El comportamiento de los agujeros negros es curioso en un número de maneras, muchos de ellos demostrado por Hawking en los años 1970:

• Entropía de un agujero negro es proporcional a la superficie del agujero negro (el área del horizonte de sucesos), a diferencia de los sistemas convencionales en que la entropía es proporcional al volumen. Este fue el descubrimiento de Bekenstein.

• Si pones más materia en un agujero negro, que se enfríe.

• Como un agujero negro emite radiación de Hawking, la energía proviene del agujero negro, por lo que pierde masa. Esto significa que el agujero negro se calienta, la pérdida de energía (y por lo tanto la masa) más rápidamente.

En otras palabras, Stephen Hawking mostró a mediados de la década de 1970 que un agujero negro se evapora (a menos que sea " alimentado " más masa que pierde en energía). Lo hizo mediante la aplicación de los principios de la física cuántica a un problema de gravedad. Después de que el agujero negro se evapora hasta el tamaño de la longitud de Planck, se necesita una teoría cuántica de la gravedad para explicar lo que le pasa a él.

Solución de Hawking es que el agujero negro se evapora en ese punto, que emite una ráfaga final de energía al azar. Esta solución da lugar a la llamada información paradoja agujero negro, porque la mecánica cuántica no permiten que la información se pierde, pero la energía de la evaporación no parece llevar a la información sobre la materia que originalmente entró en el agujero negro.