Presó eterna i forats negres

“Els forats negres no tenen cabells”. Aquesta afirmació misteriosa que fa pensar en un koan (en la tradició zen, un problema que el mestre planteja a l’alumne) la va pronunciar el cèlebre físic teòric i aforista John Archibald Wheeler, de la Universitat de Princeton. Durant mig segle aquesta metàfora ha sigut un dels pilars inapel·lables de la física moderna, i fa referència a la capacitat que segons les equacions gravitatòries clàssiques té la natura per fer desaparèixer la majoria de propietats i atributs de tot el que vagi a parar en un forat negre. Aquesta facultat dels forats negres trastoca la capacitat de la ciència de predir el futur i esquinça la nostra comprensió del funcionament de l’Univers. El cas és que ara sembla que l’afirmació de Wheeler podria estar equivocada.

No fa gaire Stephen Hawking, que ha passat tota la seva carrera lluitant contra una forma d’esclerosi lateral amiotròfica, es va plantar amb la seva cadira de rodes sobre l’escenari de la històrica sala de fusta del Teatre Sanders de Harvard per batre’s amb el forat negre. Es tracta d’un dels dimonis més temibles que ha conjurat la ciència i, en part, és obra del mateix Hawking: un sot còsmic tan profund, dens i infinit que durant molt de temps es va pensar que res, ni tan sols la llum, no en podia escapar. Però va aparèixer Hawking per dir-nos que no havíem de tenir-li tanta por.

En un article publicat recentment a Physical Review Letters, Hawking i els seus col·legues Andrew Strominger, de la Universitat de Harvard, i Malcolm Perry, de la Universitat de Cambridge, asseguren haver trobat una pista que apunta a la sortida dels forats negres. “No són les presons eternes que es pensava -va assegurar Hawking amb la seva veu robòtica, ara processada mitjançant un sintetitzador-. Si sentiu que esteu atrapats en un forat negre, no us rendiu. Hi ha una manera de sortir-ne”.

Debat sobre l’eternitat

Els forats negres són la predicció més ominosa de la teoria de la relativitat general d’Einstein, segons la qual una concentració excessiva de matèria o d’energia en un punt concret faria cedir l’espai i tot el que hi hagués es xuclaria com sota la capa d’un mag. Fins fa 40 anys l’única metàfora de què disposaven els científics per referir-se a aquests monstres era la d’una presó eterna.

Però aleshores Hawking va capgirar el que se sabia dels forats negres. Les seves equacions van demostrar que no duren eternament. Amb el pas del temps s’hi produeixen fuites i acaben esclatant convertits en una font de radiació i partícules.

A més, els càlculs de Hawking infringien un principi de la física moderna que estableix que, en teoria, sempre és possible revertir el pas del temps, rebobinar la pel·lícula de la realitat i reconstruir, posem per cas, el que va passar en una topada entre dos cotxes o en el col·lapse d’una estrella morta convertida en forat negre. Se suposa que l’Univers, com si fos una mena de superordinador, hauria de ser capaç de registrar si un vehicle era una camioneta verda i l’altre un Porsche vermell o si una cosa era feta de matèria i l’altra d’antimatèria. Per bé que aquests cossos quedin destruïts, se suposa que la informació sobre els seus atributs físics essencials hauria de perdurar eternament.

Però segons Hawking la informació semblava perdre’s a l’interior del forat negre, com si s’esborrés una part del xip de memòria de l’Univers. D’acord amb aquest teorema, només perviuria la informació relativa a la massa, la càrrega i el moment angular de tot el que hi entrés. Però els historiadors estan de sort: ara fa deu anys Hawking va admetre la seva derrota en el debat sobre la pèrdua d’informació als forats negres.

Hawking perd l’aposta

El científic va reconèixer que els progressos de la teoria de cordes, la coneguda com a teoria del tot, no deixaven marge a la pèrdua d’informació a l’Univers. Almenys en principi, doncs, Hawking estava d’acord que la informació sempre es conserva, encara que sigui, posem per cas, codificada entre el fum i les cendres quan es crema un llibre.

Així doncs, fent els càlculs correctes, s’haurien de poder reconstruir aquests traços de tinta, és a dir, el text. Hawking va perdre una aposta i va haver de comprar a John Preskill, un físic de l’Institut Tecnològic de Califòrnia, una enciclopèdia de beisbol de la qual, sense dubte, resulta una mica més fàcil recuperar la informació. Però ni Hawking ni ningú no va ser capaç d’aportar una explicació convincent sobre la manera com es produeix aquest procés i com aquesta informació s’escapa de les urpes fatalment anorreadores dels forats negres.

Fa quatre anys un grup de físics van intentar esbrinar-ho i van plantejar una hipòtesi polèmica: l’existència d’un tallafocs d’energia a l’entrada dels forats negres que impedeix que en surti o fins i tot hi entri res. Els nous resultats no incideixen en aquest plantejament, però sí que resten credibilitat a la famosa idea que els forats negres “no tenen cabells”, que estan desproveïts de les propietats essencials de les coses que han consumit.

Fa també uns quatre anys Strominger va començar a fullejar estudis teòrics de la gravetat que es remuntaven, en alguns casos, a principis dels anys seixanta. Interpretats des del punt de vista actual, els articles -publicats el 1962 per Hermann Bondi, M.G.J. van der Burg, A.W.K. Metzner i Rainer Sachs i el 1965 per Steven Weinberg, que més tard rebria el premi Nobel- suggereixen que la gravetat no és tan despietada com assegurava Wheeler.

Canvi de perspectiva

Observats des de la perspectiva adient, els forats negres podrien no ser ni de bon tros calbs (seguint la metàfora de Wheeler). I la perspectiva adient per arribar a aquesta conclusió no és des d’una gran distància en sentit espacial (la que se sol assumir per als càlculs teòrics), sinó des d’una gran distància en sentit temporal, és a dir, el futur llunyà que tècnicament es coneix amb el nom d’infinit zero. “L’infinit zero és on van a parar els rajos de llum si no queden atrapats en un forat negre”, m’intentava explicar Strominger no fa gaire, mentre preníem un cafè a Harvard Square.

Des d’aquest punt de vista es poden concebre els rajos de llum de la superfície d’un forat negre com un feix de brins de palla que apunten cap a l’exterior i miren de sortir volant a la velocitat de la llum (a quina, si no?). A causa de la immensa gravetat del forat negre, els brins queden atrapats. Ara bé, aquests brins de palla poden lliscar cap endins o cap enfora per la seva ruta fútil, avançant o retrocedint lleugerament per la influència del material entrant. Quan una partícula cau en un forat negre, fa lliscar cap endavant i cap endarrere els brins en un procés que es coneix com a supertranslació.

Això deixa un patró revelador, una frontera invisible que és el punt de no retorn d’un forat negre, on queda un halo de “cabell suau”, en paraules de Strominger i els seus col·legues. Aquest patró, com els píxels de l’iPhone o les estries ondulades d’un disc de vinil, conté informació del que ha passat a través del l’horitzó per desaparèixer. “Sovint se sent a dir que els forats negres no tenen cabells -van escriure el 2014 en un article Strominger i Alexander Zhiboedov, un investigador postdoctoral-. No és veritat: els forats negres tenen un cap infinit amb una cabellera frondosa producte de la supertranslació”.

Al gener Hawking, Strominger i Perry van publicar un article a la xarxa titulat Soft hair on black holes ( El cabell suau als forats negres ) en què exposen els principis bàsics de la seva idea. A l’article s’escarrassen a explicar que el fet de desmentir el teorema de la calvície no equival ni de bon tros a resoldre la paradoxa de la informació, si bé no deixa de ser un progrés.

El seu treball suggereix que la ciència ha passat per alt algun element fonamental de la manera com els forats negres s’esvaeixen, afirma Strominger. Ara estan en disposició d’afinar les seves preguntes. “Espero que tinguem el bou agafat per les banyes”, diuen.

Ningú no pot saber si n’hi ha prou amb els cabells suaus per resoldre la paradoxa de la informació. Les reaccions d’altres físics han sigut reservades. Juan Maldacena, de l’Institut d’Estudis Avançats de Princeton, afirma en referència al nou plantejament: “Encara s’ha de veure quina importància tindrà per resoldre el problema de la informació dels forats negres, però és probable que hi contribueixi”.