agujeros negros
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AGUJEROS NEGROS ¿Existen realmente los agujeros negros? Movimiento de las estrellas orbitando entorno a un agujero negro masivo Predicción Movimiento de las estrellas orbitando entorno a un agujero negro masivo Agujero negro (1995-2010) En el centro de nuestra galaxia Keck/UCLA Galactic Group Glosario • Breve historia • Agujeros Negros & Mecánica Cuántica • Principio Holográfico Breve historia 1795 Pierre-Simon Laplace Newton Velocidad de escape Radio de una estrella para que sea invisible Breve historia 1905 Albert Einstein RELATIVIDAD ESPECIAL 1. La velocidad de la luz es constante para todo observador. 2. Cualquier ley física es invariante Lorentz. - Cada observador tiene su tiempo propio - Nada puede ir más rápido que la luz Breve historia 1915 Albert Einstein RELATIVIDAD GENERAL Principio de Equivalencia Aceleración Gravedad Física en un ascensor cayendo Física en un campo gravitatorio Gravedad es geometría del espacio-tiempo 1916 Karl Schwarzschild Solución exacta no trivial de las ecuaciones de Einstein Radio de Schwarzschild Radio crítico HORIZONTE Breve historia 1915 Albert Einstein RELATIVIDAD GENERAL Principio de Equivalencia Aceleración Gravedad Física en un ascensor cayendo Física en un campo gravitatorio Gravedad es geometría del espacio-tiempo 1916 Karl Schwarzschild Solución exacta no trivial de las ecuaciones de Einstein Radio de Schwarzschild Radio crítico HORIZONTE Breve historia 1939 Oppenheimer y Snyder FISICOS SE EMPIEZAN A INTERESAR Estrella de gas esférica, densidad homogénea, presión despreciable y masa total M colapsa en un agujero negro (Usando RG) Simulation of black hole formation in a spinning massive star Ott et al., Phys. Rev. Lett 106, 161103 (2011) Breve historia 1939 Oppenheimer y Snyder Breve historia 1963 Roy Kerr AGUJEROS NEGROS ROTANTES 1967 John Wheeler les llama por primera vez AGUJEROS NEGROS 1971 Cygnus X-1 CANDIDATO a AGUJERO NEGRO Hawking AREA horizonte no puede disminuir 1972 Bekenstein Estimación entropía de un agujero negro. Proporcional al AREA 1974 Hawking Agujero negro emite radiación Breve historia 1976 Hawking Paradoja INFORMACIÓN Se pierde la información 1981 Susskind Conferencia EST En completo desacuerdo 1993 1994 Gerard t’Hooft Principio holográfico 1997 Juan Maldacena Correspondencia AdS/CFT Susskind Principio Complementariedad Apoyo a principio holográfico 2004 Hawking ADMITE DERROTA Agujeros Negros & Mecánica Cuántica Agujeros Negros & Mecánica Cuántica RELATIVIDAD GENERAL ∼ cosas grandes Despreciamos cuántica MECÁNICA CUÁNTICA ∼ cosas pequeñas Despreciamos relatividad RELATIVIDAD GENERAL incompatible con MECÁNICA CUÁNTICA AGUJERO NEGRO = grande y masivo + cuerpo negro RELATIVIDAD GENERAL CUÁNTICA NECESITAMOS NUEVA TEORÍA CONSISTENTE GRAVEDAD CUÁNTICA Principio Holográfico Entropía Entropía ≃ Información oculta de ordenaciones Ejemplo Número de maneras de poner 2 bolas en una caja de 4 compartimentos 12 Entropía Entropía ≃ Información oculta de ordenaciones Ejemplo Número de maneras de poner 2 bolas en una caja de 4 compartimentos 12 Entropía Entropía ≃ Información oculta de ordenaciones Ejemplo 2 Número de maneras de poner 2 bolas en una caja de 2 compartimentos 2 Entropía Añadiendo entropía 12 x 2 = 24 ordenaciones Entropía Cambio de ENTROPIA por unidad de AREA En este modelo la entropía es proporcional al área Entropía de un agujero negro Bekenstein (1972) Fotón Agujero negro Area del horizonte R Aumentamos La entropía halaaumentado longitud de 1onda.. bit Radio de Schwarzschild Entropía de un agujero negro Bekenstein (1972) Agujero negro Area del horizonte R La masa del agujero negro aumenta Area de Planck Por lo tanto el radio también Finalmente el cambio en el AREA es Radio de Schwarzschild Entropía de un agujero negro Bekenstein (1972) Agujero negro Area del horizonte R Radio de Schwarzschild Estimación temperatura La entropía de un agujero negro es proporcional al área de su horizonte (y NO a su VOLUMEN!!) Temperatura de un agujero negro Hawking (1974) Si tiene temperatura emite radiación Paradoja de la información Hawking (1976) “La información que entra en un agujero negro se pierde” Inversión temporal B C A B C A CBACBACBACBA… ABCABCABCABC… L. Susskind: “Esto contradice la unitariedad de la mecánica cuántica” (1981) B B A Z ABCABCABCABC… C Inversión temporal C A Z ZABCABCABCABC… CBA(?)… Paradoja de la información Hawking (1976) Unitariedad • Sale 1 y sólo 1 flecha • Entra 1 y sólo 1 flecha • Las flechas vienen gobernadas por la matriz unitaria U Principio de complementariedad Susskind (1993) POSTULADO 1 Para cualquier observador que permanece fuera de un agujero negro, el horizonte parece una capa caliente de átomos de horizonte que absorben, revuelven y finalmente emiten (en forma de radiación de Hawking) cada bit de información que cae en el agujero negro. POSTULADO 2 Para un observador en caída libre, el horizonte parece espacio absolutamente vacío. No detectan nada especial en el horizonte, aunque para ellos es un punto de no retorno. Solo encuentran un entorno destructivo, cuando finalmente se aproximan a la singularidad. Principio de complementariedad Susskind (1993) El tiempo que se necesita para recuperar la información mediante la radiación es comparable a la información edad del universo (Page 1993) Parece que la información se almacena de algún modo en la superficie HOLOGRAMA! Principio Holográfico Gerard t’Hooft (1994) La máxima cantidad de información que puede contenerse en una Región del espacio no puede ser mayor que la puede almacenarse En la frontera de dicha región, utilizando no más de un cuarto de bit por área de Planck Susskind (1994) Principio Holográfico Gerard t’Hooft (1994) La máxima cantidad de información que puede contenerse en una Región del espacio no puede ser mayor que la puede almacenarse En la frontera de dicha región, utilizando no más de un cuarto de bit por área de Planck Susskind (1994) Agujero negro Información acotada por el área! Para acabar de momento.. • Realización más rigurosa del principio holográfico: Correspondencia AdS/CFT Juan Maldacena (1997) inicialmente con teoría de cuerdas. (Próxima charla) • Analogía matemática entre plasma de gluones y agujeros negros. Permitiría estudio indirecto de propiedades en los LABORATORIOS. Para acabar de momento.. Hawking se retractó en 2004 LA INFORMACIÓN NO SE PIERDE Gracias! Próximamente… Teoría de cuerdas
