Un Horizonte Lleno de Sucesos

^{Los científicos utilizan elementos de la solución holográfica de gravedad cuántica de Haramein para resolver la paradoja de la pérdida de información de los agujeros negros}

Por:  William Brown , científico de Resonance Science Foundation

En nuestra experiencia cotidiana, la característica de la localidad del espaciotiempo parece ser un rasgo indeleble de una realidad racional; la idea de que los efectos siguen a sus causas, que sabemos por la relatividad especial, requiere que ninguna señal o información viaje más rápido que la velocidad de la luz. Si una señal viajara más rápido que la velocidad de la luz, un efecto podría preceder a su causa, de modo que, por ejemplo, una nave espacial superlumínica podría hacer un viaje de ida y vuelta y regresar a un marco de referencia del que aún no hubiera partido. El problema de la localidad, por muy indeleble que parezca a nuestra raciocinio, es que tanto la física cuántica como la teoría de la relatividad tienen propiedades que aparentemente permiten interacciones no locales: en la primera hay correlaciones Einstein Podolsky Rosen (EPR),

Como los apodos de cada comportamiento no implicarían localmente, fueron propuestos y descritos por primera vez por Einstein y sus colegas. Einstein, Podolsky y Rosen sacaron a la luz las correlaciones EPR, o el entrelazamiento cuántico, como se conoce más popularmente, para mostrar cómo ciertas soluciones de la mecánica cuántica -como la superposición de la función de onda- deben ser anomalías (ya que aparentemente permitir interacciones no locales). Curiosamente, Einstein y Rosen también propusieron y describieron posteriormente el proceso físico por el que puede producir el entrelazamiento cuántico, y es a través de los ERbs, un puente en el espaciotiempo entre dos universos que precisaron originalmente como solución a los "espaciotiempos patológicos"

Si las partículas fundamentales son agujeros de gusano cuánticos, entonces la "espeluznante" conexión no local entre ellas (entrelazamiento) puede ser el resultado de la geometría del espaciotiempo de los ERb, lo que los físicos Juan Maldacena y Leonard Susskind han resumido como ERb = REP [1]; lo que significa que el entrelazamiento cuántico es el resultado de las conexiones de los agujeros de gusano en el espaciotiempo, o, correspondientemente, el espacio está multi-conectado a través de marcos del espaciotiempo entrelazados cuánticamente. Aunque tanto el ERb como el EPR parecen permitir la no-localidad, no está claro si los agujeros de gusano son realmente atravesables (aunque ha habido muchos estudios que muestran cómo pueden ser potencialmente atravesables),

En el presente trabajo describimos una nueva paradoja mecánica-cuántica en la que la presencia o ausencia de un patrón de interferencia en un sistema de dos fotones entrelazados en la trayectoria con entrelazamiento variable, controlado por la elección de la medición, parecería permitir la señalización retrocausal de un observador a otro. También presentamos un análisis de este esquema, que muestra cómo las sutilezas del formalismo cuántico bloquean la señal potencial. En particular, incluso cuando los patrones de interferencia pueden apagarse y encenderse, siempre hay un patrón de interferencia "señal" y un patrón de interferencia "antiseñal" que enmascaran cualquier interferencia observable cuando se suman, incluso cuando el entrelazamiento y la coherencia están presentes simultáneamente . [2] "Una investigación sobre la posibilidad de comunicación cuántica no local", John G. Cramer y Nick Herbert; arXiv:1409.5098 (2014).

De hecho, está ampliamente aceptado que, aunque el entrelazamiento cuántico mantiene un estado altamente correlacionado que trasciende las limitaciones de la localidad, el resultado de cualquier detección o medición es siempre aleatorio, por lo que no puede haber ninguna información útil transmitida en el proceso.

Esto nos lleva a otro aparente enigma que ha existido en la encrucijada de la teoría cuántica y la relatividad general durante más de 45 años, desde que el análisis de Stephen Hawking del vacío cuántico alrededor de los horizontes de sucesos, estalló que los agujeros negros pueden evaporarse, lo que llevo a la llamada paradoja de la perdida de informacion. El problema surge porque los pares de partículas del vacío cuántico (los lectores de nuestros artículos de RSF sabrán bien que el vacío del espacio no está vacío, sino que tiene una densidad de masa-energía inmensamente grande) que se separan por el horizonte de sucesos de un agujero negro están entrelazados, pero no se puede derivar ninguna información del par de partículas entrelazadas que se escapa (recuerde que la comunicación cuántica no local es un no-go), así que a medida que la energía se irradia lentamente fuera del agujero negro, las partículas Hawking entrelazadas no llevan ninguna información sobre los microestados internos (entropía de volumen) del agujero negro que se evapora. La información parece perderse, lo que supondría una violación directa de las leyes físicas del tipo "la energía nunca se crea ni se destruye".

Sin embargo, existen soluciones a esta paradoja que se basan en la conjetura de equivalencia ERb = EPR, en la que existe una relación y conexión entre lo que está dentro del horizonte de sucesos del agujero negro con lo que está en el exterior, de manera que la información no tiene por qué perderse o destruirse irremediablemente, sino que puede ser accesible a través del cableado cuántico del espaciotiempo. En un artículo publicado en Scientific American, el físico Ahmed Almheiri -uno de los creadores de la paradoja del cortafuegos AMPS (véase mi artículo de 2016 “cortafuegos-u-horizontes-fríos?”)describe un trabajo reciente con Juan Maldacena y otros en el que resuelven el cortafuegos AMPS y la paradoja de la pérdida de información mostrando cómo, a través de ERb = EPR, la información dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro está " secretamente en el exterior" [3, Cómo el interior de un agujero negro está secretamente en el exterior , Scientific American, 2022]. Esencialmente, las conexiones de agujeros de gusano entre agujeros negros máximamente entrelazados les permiten intercambiar su volumen de entropía, lo que crea "islas de agujeros negros" en su interior. La isla de agujeros negros es el volumen del horizonte de sucesos de otro agujero negro distante entrelazado a través de una conexión de agujero de gusano.   

Lo que Almheiri y Maldacena satisfacen es que cuando se forman estas islas de agujeros negros, debido al teorema de no clonación de la mecánica cuántica, su entropía cuenta para la entropía de la superficie del agujero negro y ya no se pierde en el interior (la región inaccesible oculta para siempre dentro del horizonte de sucesos). Por lo tanto, para que la información sea liberada, todo lo que necesita una partícula es viajar más profundamente en el interior del agujero negro hacia la isla, y la información será accesible en el horizonte de la superficie.

Imagen: Isla del Agujero Negro.

Si los agujeros de gusano están en el centro de los agujeros negros, la información que se extrae de ellos no puede ser destruida. En cambio, el interior de los agujeros negros parece contener zonas especiales en su interior llamadas islas. Estas islas se encuentran tanto en el interior como en el exterior de los agujeros negros, como si formaran parte de la radiación que se escapa y que va agotando los agujeros negros a lo largo del tiempo. Y a medida que escapan, la información que contienen también se escapa. Estas nuevas ideas son bastante confusas, incluso para los físicos, que están descubriendo que el cosmos y la naturaleza de nuestra realidad son aún más extraños de lo que podríamos haber imaginado.

Esta conclusión es notablemente similar a la solución holográfica generalizada descubierta por el físico Nassim Haramein en 2012.Esta conclusión es notablemente similar a la solución holográfica generalizada descubierta por el físico Nassim Haramein en 2012.  En su obra seminal "la gravedad cuántica y la masa holográfica" Haramein demostró que existe una relación simple y fundamental entre el contenido de información, en términos de PSUs dentro del volumen de un agujero negro, y la información de PSUs en el horizonte de sucesos de la superficie, dando una relación que cuando se multiplica por la masa de Planck (la energía de esa relación), genera la masa-energía exacta del agujero negro [4]. La solución de Schwarzschild a las ecuaciones de campo de Einstein da exactamente la misma respuesta para la masa de un agujero negro, sin embargo, en el caso de la solución holográfica generalizada de Haramein que utiliza vóxeles cuánticos, tenemos una solución gravitacional cuantizada (en cantidades de grano fino o discretas). Para una exploración en profundidad de la solución holográfica la de gravedad cuántica de Haramein, véase la serie en varias partes de El Modelo Holografico Generalizado, por la Dra. Inés Urdaneta, física de RSF (disponible gratuitamente en la sección de ciencia - artículos científicos de RSF).

La solución holográfica generalizada de Haramein predijo la correspondencia ERb = EPR antes de que fuera popularizada por Susskind, ya que Haramein describió la masa en reposo aparente de la partícula hadrónica fundamental, el protón, como el resultado del ancho de banda de la transferencia de información de la entropía de entrelazamiento interior con la superficie a través de los agujeros de gusano de las partículas de Planck, que componen el agujero negro cuántico.

Para entenderlo, imaginemos el horizonte de la superficie del protón tratado con la solución holográfica de Haramein, en la que cada unidad de Planck en la superficie (hay ~10⁴⁰ Plancks en la superficie de un protón) es la terminación de un minúsculo agujero de gusano del vórtice a escala de Planck que está conectado (y por tanto entrelazado) con otra unidad de Planck en la superficie de otro protón. Entonces imagina que cada una de las ~10⁴⁰ terminaciones de Planck de un protón, está conectada a otro protón diferente, como cables de red que conectan un protón con otros ~10⁴⁰ en el resto del universo. Por supuesto, cada uno de estos ~10⁴⁰ protones está a su vez conectado a otros ~10⁴⁰ protones, lo que resulta en ~10⁸⁰ protones conectados, que es el número estimado de protones en el universo actual. Surge una nueva imagen en la que la estructura del vacío de Planck genera una red fractal de agujeros de gusano en la que el volumen del protón es un centro de información, y la superficie es la capacidad de paso del centro para comunicarse con otros protones.

Por supuesto, la solución holográfica generalizada de Haramein se aplicó de forma equivalente a los agujeros negros de escala astronómica (siendo el protón un agujero negro de escala cuántica o microscópica), ya que él había predicho que la información, la masa y energía de todos los agujeros negros, era el resultado de que los interiores eran "centros de información" a través de una red fractalizada de agujeros de gusano del espaciotiempo (lo que describimos en publicaciones posteriores como la red espaciomemoria unificada), y posteriormente utilizamos esta perspectiva del universo conectado para describir los orígenes de la conciencia y la evolución y el desarrollo de toda la materia organizada a órdenes superiores de organización y orden sinergético [5].

Así, a partir del descubrimiento de Haramein, vemos que la información de Planck dentro del volumen de todos los protones del universo está unificada y compartida a través de ~10⁴⁰ conexiones en cada protón. El resultado es que toda la información de todos los protones está presente en la información del volumen de Planck de un protón. Por lo que aprendimos de la solución holográfica de Haramein, la masa del objeto es el resultado de la información dentro del volumen (~10⁶⁰ Plancks en cada protón) que se comunica a través de la frontera mediante ~10⁴⁰ conexiones, con todos los demás protones. La diferencia entre las dos, lo que Haramein describe como una relación universal fundamental (que define con la letra griega más utilizada para las relaciones físicas, phi φ) es la masa-energía-información de la unidad esférica de Planck (PSU) en su interior, que no tienen acceso a una terminación de un agujero de gusano de Planck en la superficie, sumando la masa en reposo del protón (~10^-20):

En términos sencillos, hay un número mayor de Plancks en el volumen que el número de terminaciones de agujeros de gusano de Planck en la superficie, por lo que sólo una cierta cantidad de información-energía permanece expresada localmente y esa cantidad de información-energía resulta ser igual a la masa del protón.

Se podría pensar que toda la información saliente en el interior intenta transmitirse a través del horizonte de sucesos, y encuentra una resistencia o entropía, ya que hay más información dentro del volumen de la que la superficie puede transmitir, lo que deja una masa-energía local equivalente a la masa del protón. Sin embargo, cuando examinamos todos los demás protones que actúan sobre uno, o la información entrante, entonces el valor de la masa-energía de confinamiento fuerte se encuentra para la interacción protón a protón, casi como una presión ejercida por la información de todos los demás protones que se comunican con uno:       

Como esto también es cierto para los objetos cosmológicos, entonces la masa y la fuerza de confinamiento de la gravedad desde los núcleos de los átomos hasta las estructuras universales, como las galaxias y las estrellas, son el resultado de la "impedancia" de la red de información universal a través de los horizontes de sucesos - la red que canta a través de las escalas... "la música de las esferas".

Si bien el enfoque adoptado por Almheiri tiene algunas diferencias clave, que sólo pueden esperarse ya que la mayoría de los físicos provienen de un modelo que ve el mundo en términos de aleatoriedad y "sistemas aislados", y sólo ahora descubren en sus propias ecuaciones que todo en el universo está fundamental e inextricablemente conectado, es interesante ver que enfoques tan dispares convergen en las mismas conclusiones... ¡un fuerte indicio de que el enfoque es el correcto para realizar una teoría totalmente unificada de la gravedad cuántica y la física unificada!

Como se indica en el artículo de Scientific American: los orígenes de la paradoja de la información se remontan a la incompatibilidad entre el secuestro de la información por el horizonte de sucesos y el requisito mecánico-cuántico del flujo de información fuera del agujero negro. Las resoluciones ingenuas de esta tensión conducen a modificaciones drásticas de la estructura de los agujeros negros; sin embargo, los efectos sutiles pero dramáticos de los agujeros de gusano fluctuantes ,lo cambian todo. Lo que surge es una imagen autoconsistente que permite que un agujero negro conserve su estructura regular tal y como predice la relatividad general, aunque con la presencia de una implícita aunque poderosa no-localidad. Esta no-localidad grita que debemos considerar una parte del interior del agujero negro -la isla- como parte del exterior, como una sola unidad con la radiación exterior. Así, la información puede escapar de un agujero negro no superando el insuperable horizonte de sucesos, sino simplemente cayendo más profundamente en la isla [3]. 

Es interesante ver que los creadores de la paradoja del cortafuegos AMPS ,han abandonado la teoría en favor de la no localidad. Al darse cuenta de que las ecuaciones de la física, desde la relatividad general hasta la integral de la trayectoria de Feynman, permiten todos los atajos del puente de Einstein-Rosen a través de un espaciotiempo multiconectado, se hace demasiado evidente que los agujeros de gusano -por muy exóticos que parezcan para nuestra visión del mundo centrada en la localidad- deben considerarse como una propiedad fundamental de la estructura del espaciotiempo, y la naturaleza parece tener una forma de permitir la no localidad sutil sin generar violaciones de causa y efecto descaradamente aparentes.. Sin embargo, la señalización retrocausal (es decir, la comunicación cuántica no local) se produce de forma aparentemente matizada, y nunca se pierde información en el universo. Como vemos en la solución holográfica generalizada de Haramein, el universo es una red inmensamente conectada (donde la información de cualquier partícula se comparte entre todas las partículas de forma verdaderamente holográfica a través de la arquitectura de conectividad de microagujeros de gusano planckianos del horizonte de la superficie del protón), y puesto que las partículas fundamentales son microagujeros negros, esto se extiende igualmente a los agujeros negros de escala astronómica, cuyos interiores son centros de información que conectan el espaciotiempo en todo el universo.

Referencias:

[1] J. Maldacena and L. Susskind, “Cool horizons for entangled black holes,” Fortschr. Phys., vol. 61, no. 9, pp. 781–811, Sep. 2013, doi: 10.1002/prop.201300020

[2] "An Inquiry into the Possibility of Nonlocal Quantum Communication", John G. Cramer and  Nick Herbert; arXiv:1409.5098 (2014)

[3] Ahmed Almheiri, How the Inside of a Black Hole Is Secretly on the Outside, Scientific American, 2022.

[4] Haramein, N. (2012). Quantum Gravity and the Holographic Mass, Physical Review & Research International, ISSN: 2231-1815, Page 270-292 

[5] Haramein, N., Brown W. y Val Baker, AKF (2016). La red de memoria espacial unificada: de la cosmogénesis a la conciencia,  Journal of Neuroquantology .