Evaporación de Agujeros Negros

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Virginia Ponce Arroyo
hace 6 años
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1 Evaporación de Agujeros Negros Gonzalo J. Olmo Instituto de Estructura de la Materia - CSIC (Spain) Gonzalo J. Olmo

2 Sobre esta charla... Por qué esta charla? Las propiedades físicas y matemáticas de los agujeros negros son temas de gran interés dentro de la física teórica actual. Trataré de explicar algunas de las razones que motivan dicho interés. Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 2/8

3 Sobre esta charla... Por qué esta charla? Las propiedades físicas y matemáticas de los agujeros negros son temas de gran interés dentro de la física teórica actual. Trataré de explicar algunas de las razones que motivan dicho interés. Estructura: Qué es un Agujero Negro? Termodinámica y Agujeros Negros. Se evaporan? Qué tiene todo esto de especial? Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 2/8

4 Qué es un Agujero Negro? Astrofísicamente, un AN es el resultado del colapso gravitatorio de una estrella. Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 3/8

5 Qué es un Agujero Negro? Astrofísicamente, un AN es el resultado del colapso gravitatorio de una estrella. Matemáticamente, un AN es una región del espacio-tiempo encerrada por un horizonte de sucesos. Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 3/8

6 Qué es un Agujero Negro? Astrofísicamente, un AN es el resultado del colapso gravitatorio de una estrella. Matemáticamente, un AN es una región del espacio-tiempo encerrada por un horizonte de sucesos. El horizonte está en r = 2M. Si algo cruza el horizonte, no vuelve a salir. Dentro del horizonte no es posible escapar de la singularidad central, que lo destruye todo. Espacio tiempo de Minkowski : ds 2 = dt 2 + dr 2 + r 2 dω 2 (Espacio Plano) Espacio tiempo de Schwarzschild : ds 2 = ( 1 2M ) r dt (1 2M r ) dr2 + r 2 dω 2 (Agujero Negro) Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 3/8

7 Termodinámica de Agujeros Negros Para un físico teórico, un AN es un laboratorio para sus teorías Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 4/8

8 Termodinámica de Agujeros Negros Para un físico teórico, un AN es un laboratorio para sus teorías En 1972, un doctorando llamado Jacob Bekenstein planteó lo siguiente: Qué ocurre con la entropía del Universo si un sistema físico cae en un AN? Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 4/8

Termodinámica de Agujeros Negros Para un físico teórico, un AN es un laboratorio para sus teorías En 1972, un doctorando llamado Jacob Bekenstein planteó lo siguiente: Qué ocurre con la entropía del

9 Termodinámica de Agujeros Negros Para un físico teórico, un AN es un laboratorio para sus teorías En 1972, un doctorando llamado Jacob Bekenstein planteó lo siguiente: Qué ocurre con la entropía del Universo si un sistema físico cae en un AN? La respuesta fue sorprendente: Los agujeros negros parecen tener propiedades termodinámicas!!! Ley 0: la gravedad superficial, κ, es constante sobre el horizonte. Ley 1: dm = 8π κ da+ωdj + ΦdQ Ley 2: da 0 Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 4/8

10 Se evaporan? En 1974, Stephen Hawking estudió la propagación de campos cuánticos en una geometría de AN de tipo Schwarzschild. Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 5/8

11 Se evaporan? En 1974, Stephen Hawking estudió la propagación de campos cuánticos en una geometría de AN de tipo Schwarzschild. Observó que la presencia del horizonte de sucesos era responsable de la emisión de partículas con una distribución de tipo Planckiano y temperatura T H = κ 2π = 1 8πM. Los AN se evaporan!!! Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 5/8

12 Se evaporan? En 1974, Stephen Hawking estudió la propagación de campos cuánticos en una geometría de AN de tipo Schwarzschild. Observó que la presencia del horizonte de sucesos era responsable de la emisión de partículas con una distribución de tipo Planckiano y temperatura T H = κ 2π = 1 8πM. Los AN se evaporan!!! La propuesta de Bekenstein sobre el área del Horizonte y la entropía, S ka se confirmó: lp 2 S = ka 4l 2 P Las propiedades cuánticas de la materia permitieron justificar la intuición de Bekenstein sobre los AN: los AN son sistemas termodinámicos con temperatura y entropía. Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 5/8

13 Qué tienen de especial los AN? Los AN son sistemas físicos en los que gravitación, física cuántica y termodinámica convergen de manera natural. Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 6/8

14 Qué tienen de especial los AN? Los AN son sistemas físicos en los que gravitación, física cuántica y termodinámica convergen de manera natural. Si el agujero negro se formó a partir de un estado cuántico puro y se disipa térmicamente, Qué ocurre con la información cuántica? Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 6/8

15 Qué tienen de especial los AN? Los AN son sistemas físicos en los que gravitación, física cuántica y termodinámica convergen de manera natural. Si el agujero negro se formó a partir de un estado cuántico puro y se disipa térmicamente, Qué ocurre con la información cuántica? La evaporación de ANs parece violar la unitariedad de la evolución cuántica!!!. Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 6/8

16 Qué tienen de especial los AN? Los AN son sistemas físicos en los que gravitación, física cuántica y termodinámica convergen de manera natural. Si el agujero negro se formó a partir de un estado cuántico puro y se disipa térmicamente, Qué ocurre con la información cuántica? La evaporación de ANs parece violar la unitariedad de la evolución cuántica!!!. La termodinámica exige preguntar: Qué estados microscópicos generan la entropía S = ka 4l 2 P? Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 6/8

17 Qué tienen de especial los AN? Los AN son sistemas físicos en los que gravitación, física cuántica y termodinámica convergen de manera natural. Si el agujero negro se formó a partir de un estado cuántico puro y se disipa térmicamente, Qué ocurre con la información cuántica? La evaporación de ANs parece violar la unitariedad de la evolución cuántica!!!. La termodinámica exige preguntar: Qué estados microscópicos generan la entropía S = ka 4lP 2? La teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de lazos aportan explicaciones microscópicas a esta entropía, pero aún no son teorías cuánticas de gravedad completamente satisfactorias. Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 6/8

18 Qué tienen de especial los AN? Los AN son sistemas físicos en los que gravitación, física cuántica y termodinámica convergen de manera natural. Si el agujero negro se formó a partir de un estado cuántico puro y se disipa térmicamente, Qué ocurre con la información cuántica? La evaporación de ANs parece violar la unitariedad de la evolución cuántica!!!. La termodinámica exige preguntar: Qué estados microscópicos generan la entropía S = ka 4lP 2? La teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de lazos aportan explicaciones microscópicas a esta entropía, pero aún no son teorías cuánticas de gravedad completamente satisfactorias. Los AN son un excelente laboratorio teórico para poner a prueba nuestras teorías. Podría decirse que los AN son como el átomo de Hidrógeno de nuestra época. Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 6/8

19 Conclusiones Los Agujeros Negros son mucho más que objetos astrofísicos exóticos. Plantean retos a las teorías físicas actuales y sirven de laboratorio para probar las predicciones de nuevas teorías de gravedad cuántica. La obtención de una teoría cuántica capaz de clarificar, entre otros aspectos, las paradojas que plantea la evaporación de agujeros negros podría suponer un cambio radical en nuestro entendimiento sobre la estructura del espacio tiempo y sus propiedades cuánticas. Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 7/8

20 Conclusiones Los Agujeros Negros son mucho más que objetos astrofísicos exóticos. Plantean retos a las teorías físicas actuales y sirven de laboratorio para probar las predicciones de nuevas teorías de gravedad cuántica. La obtención de una teoría cuántica capaz de clarificar, entre otros aspectos, las paradojas que plantea la evaporación de agujeros negros podría suponer un cambio radical en nuestro entendimiento sobre la estructura del espacio tiempo y sus propiedades cuánticas. Bienvenidos al mundo de la investigación! Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 7/8

21 Gracias!!! Gonzalo J. Olmo Madrid, 3 de Abril de p. 8/8

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