Los agujeros negros arrojan nueva luz sobre el misterio de la gravedad cuántica
Los agujeros negros, que se forman a partir de los restos del colapso de una estrella muy masiva, son objetos astrofísicos caracterizados por sus campos gravitatorios extremadamente fuertes. Para describirlos, los físicos deben utilizar tanto la teoría general de la relatividad como los principios de la mecánica cuántica. «Aunque cada uno de estos campos está bien establecido por los experimentos y constituye la base de la física moderna, combinarlos en una teoría única y coherente de la gravedad cuántica ha resultado muy difícil, lo que ha supuesto un reto para los físicos durante más de medio siglo», afirma Sameer Murthy, catedrático de Física Teórica y Matemáticas en el King’s College de Londres. Con el apoyo del proyecto QBH, financiado con fondos europeos, Murthy encabeza una iniciativa para afrontar este reto.
Comprender la naturaleza discreta de los agujeros negros cuánticos
Utilizando los agujeros negros como laboratorio teórico, el equipo del proyecto QBH, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se propuso responder a dos preguntas. «En primer lugar, queríamos entender en qué se diferencia cuantitativamente la gravedad cuántica de la relatividad general clásica», explica Murthy. «En segundo lugar, queríamos examinar la posibilidad de construir modelos analíticamente calculables de gravedad cuántica microscópica». Un resultado clave de este trabajo fue el establecimiento del primer prototipo de agujero negro cuántico que permite a los investigadores obtener la dimensión entera del espacio de Hilbert subyacente intrínsecamente en las variables gravitatorias. «Nuestra investigación muestra cómo la naturaleza discreta de los agujeros negros cuánticos surge de las interacciones colectivas del sistema cuántico-estadístico subyacente», añade Murthy. En el proyecto también se logró encontrar modelos explícitos y controlables de gravedad cuántica que ayudan a explicar la aparición de fases colectivas y sus transiciones.
Responder a preguntas antiguas
Cuando el proyecto llegó a su fin, los investigadores habían logrado exactamente lo que se habían propuesto: confirmaron que era posible obtener un control exquisito del cálculo cuántico-gravitatorio para extraer números enteros discretos de una teoría del continuo. De forma un tanto inesperada, también consiguieron explicar la entropía microscópica de los agujeros negros supersimétricos en términos de la teoría de gauge dual, un problema que, según Murthy, ha preocupado al ámbito durante los últimos quince años. «Nuestros hallazgos provocaron una oleada de actividad sobre este tema, que en esencia aclaró el antiguo problema, dio lugar a una imagen nítida de los agujeros negros como estados cuánticos de la teoría de Yang-Mills, ¡y predijo nuevas fases en la gravedad cuántica!», señala el catedrático. Murthy centra su atención en consolidar los resultados del proyecto QBH y evaluarlos desde una perspectiva global. «Creo que la suma total de los logros de este proyecto ha hecho una pequeña mella en los límites exteriores respecto a lo que sabemos en un determinado rincón de la física matemática», afirma Murthy. Ahora, le gustaría tomar perspectiva y preguntarse: ¿Cuál es la verdadera naturaleza de ese avance después de despojarnos de la historia sobre cómo hemos llegado hasta ahí? «Es un buen momento para reflexionar tranquilamente, así como para entablar apasionantes debates con nuestros homólogos», concluye el catedrático.
Palabras clave
QBH, física, agujeros negros, gravedad cuántica, físicos, teoría general de la relatividad, mecánica cuántica