La paradoja que llevaba décadas volviendo loco a Hawking podría tener respuesta: una nueva teoría de 7 dimensiones

Uno de los mayores problemas sin resolver de la física moderna, conocido como la «paradoja de la información de los agujeros negros», podría tener finalmente una solución convincente. En la década de 1970, Stephen Hawking demostró que los agujeros negros no son completamente negros, sino que emiten una tenue radiación que drena lentamente su energía hasta que finalmente desaparecen. Esto genera una cierta contradicción con la mecánica cuántica, ya que parece destruir la información de forma permanente, violando el principio de unitariedad. Según la física cuántica, la información no se puede borrar, pero la evaporación de los agujeros negros podría hacer precisamente eso.

Ahora, un nuevo estudio publicado en la revista General Relativity and Gravitation , liderado por el equipo de Richard Pinčák, presenta una posible solución basada en la geometría del espacio extradimensional. En el trabajo, los investigadores estudiaron los efectos de un modelo de gravedad conocido como «teoría de Einstein-Cartan en un marco de siete dimensiones» construido sobre una estructura matemática conocida como variedad G2 con torsión. A diferencia de la teoría de la relatividad clásica, esta teoría permite que el espaciotiempo no solo se curve, sino que también se «retuerza» mediante una propiedad denominada «torsión del espaciotiempo».

El estudio que explica la ‘paradoja de la información de los agujeros negros’

El modelo arroja un resultado fascinante. A las densidades extremas asociadas con la escala de Planck, esta torsión crea una fuerza repulsiva que se opone al colapso gravitacional y detiene la etapa final de la evaporación de Hawking. En lugar de desaparecer por completo, el agujero negro deja tras de sí un «remanente» estable con una masa estimada de aproximadamente 9 × 10⁻⁴¹ kg .

Ahora bien, si un agujero negro nunca desaparece del todo, ¿qué pasa con la información que contenía todo lo que cayó en él? Los expertos sugieren que el remanente funciona como una especie de archivo de memoria cuya estructura proporciona un mecanismo físico para preservar la información a través de un espectro de «modos cuasinormales».

Según el equipo, la información cuántica se codifica dentro de las «vibraciones» de larga duración del campo de torsión en el interior del remanente. Sus cálculos indican que un remanente formado a partir de un agujero negro con la masa del Sol podría almacenar aproximadamente 1,515 × 10⁷⁷ cúbits de información, suficiente para resolver la paradoja.

El estudio también tiene importantes implicaciones para la física de partículas. Los investigadores hallaron que al reducir la geometría de siete a cuatro dimensiones, lo que corresponde al espaciotiempo observable, se obtiene de forma natural la escala electrodébil (~246 GeV). Esta escala está estrechamente ligada al campo de Higgs, que confiere masa a las partículas elementales.

Dentro de este marco, el valor esperado en el vacío (VEV) del campo de torsión está vinculado dinámicamente a la escala electrodébil (aproximadamente 246 GeV). En otras palabras, el mismo efecto geométrico que impide que los agujeros negros se evaporen por completo y preserva la información también podría proporcionar una explicación geométrica al problema de la jerarquía de masas en la física de partículas.

El campo de Higgs y la geometría de la masa

¿Por qué no se ha detectado evidencia de estas dimensiones adicionales? La respuesta radica en la energía. Los investigadores estiman que las partículas asociadas a estas dimensiones, conocidas como excitaciones de Kaluza-Klein, tendrían masas de alrededor de 8,6 × 10¹⁵ GeV . Esto representa aproximadamente siete órdenes de magnitud más allá de las capacidades del Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Sin embargo, el hecho de que estén fuera del alcance de los colisionadores no hace que la teoría sea imposible de comprobar.

El modelo se basa en relaciones geométricas estrictas y produce predicciones claras y refutables. Una posibilidad es que los remanentes estables de agujeros negros (9 × 10⁻⁴¹ kg ) constituyan parte de la misteriosa materia oscura del universo. Detectar los efectos gravitacionales de estas «reliquias de Planck» respaldaría firmemente la teoría.

El modelo también destaca por la estructura matemática que subyace a la información almacenada en las «vibraciones» de los remanentes. Además, las enormes escalas de energía involucradas están asociadas con el universo primitivo. Esto significa que podrían aparecer rastros de esta geometría de siete dimensiones en el fondo cósmico de microondas o en las ondas gravitacionales primordiales.

Al vincular los agujeros negros con el campo de Higgs, la investigación sugiere que resolver la paradoja de la información podría no requerir una reescritura de la mecánica cuántica. En cambio, apunta hacia una visión más profunda de la estructura de la realidad, de siete dimensiones, según SciTechDaily.

«En este trabajo, exploramos las consecuencias fenomenológicas de una teoría de Einstein-Cartan de siete dimensiones formulada en una variedad G_2 torsión. Demostramos que una reducción de Kaluza-Klein de esta geometría puede proporcionar un origen natural para la escala electrodébil, ofreciendo una explicación geométrica para el problema de la jerarquía. Una predicción clave de este marco es la existencia de una fuerza repulsiva en densidades de Planck, que detiene dinámicamente la etapa final de la evaporación de Hawking», concluyen los investigadores.