Evaporación de Agujeros Negros - Instituto de Estructura de la Materia

Evaporación de Agujeros Negros
Gonzalo J. Olmo
Instituto de Estructura de la Materia - CSIC (Spain)
Gonzalo J. Olmo
Sobre esta charla . . .
■
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
¿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.
● Conclusiones
The End
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 2/8
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:
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
◆
◆
◆
◆
Gonzalo J. Olmo
¿Qué es un Agujero Negro?
Termodinámica y Agujeros Negros.
¿Se evaporan?
¿Qué tiene todo esto de especial?
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 2/8
¿Qué es un Agujero Negro?
■
Astrofísicamente, un AN es el resultado del colapso gravitatorio de una
estrella.
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 3/8
¿Qué es un Agujero Negro?
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
■
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.
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 3/8
¿Qué es un Agujero Negro?
● About this talk . . .
● ¿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.
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
◆
◆
◆
■
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 :
ds2 = −dt 2 + dr2 + r2 dΩ2 ⇒ (Espacio Plano)
■
Gonzalo J. Olmo
Espacio tiempo de Schwarzschild :
2
2M
2
ds = − 1 − r dt + 12M dr2 + r2 dΩ2 ⇒ (Agujero Negro)
(1− r )
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 3/8
Termodinámica de Agujeros Negros
■
Para un físico teórico, un AN es un laboratorio para sus teorías
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - 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:
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
¿Qué ocurre con la entropı́a del Universo si un sistema fı́sico cae en un AN?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - 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:
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
¿Qué ocurre con la entropı́a del Universo si un sistema fı́sico cae en un AN?
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
■
La respuesta fue sorprendente:
Los agujeros negros parecen tener propiedades termodinámicas!!!
Gonzalo J. Olmo
◆
Ley 0: la gravedad superficial, κ , es constante sobre el horizonte.
◆
Ley 1: dM =
◆
Ley 2: dA ≥ 0
κ
8π dA + ΩdJ + ΦdQ
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 4/8
¿Se evaporan?
■
En 1974, Stephen Hawking estudió la propagación de campos cuánticos
en una geometría de AN de tipo Schwarzschild.
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 5/8
¿Se evaporan?
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
■
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 TH =
κ
2π
=
1
8πM
. ¡Los AN se evaporan!!!
The End
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 5/8
¿Se evaporan?
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
■
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 TH =
κ
2π
=
1
8πM
. ¡Los AN se evaporan!!!
The End
La propuesta de Bekenstein sobre el área del
se confirmó:
Horizonte y la entropía, S ∝ kA
l2
P
S=
kA
4lP2
Las propiedades cuánticas de la materia permitieron justificar la intuición de Bekenstein sobre los AN: los AN son sistemas termodinámicos con temperatura y entropı́a.
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 5/8
¿Qué tienen de especial los AN?
■ Los AN son sistemas físicos en los que gravitación, física cuántica y termodinámica
convergen de manera natural.
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 6/8
¿Qué tienen de especial los AN?
■ Los AN son sistemas físicos en los que gravitación, física cuántica y termodinámica
convergen de manera natural.
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
■ Si el agujero negro se formó a partir de un estado cuántico puro y se disipa
térmicamente, ¿Qué ocurre con la información cuántica?
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 6/8
¿Qué tienen de especial los AN?
■ Los AN son sistemas físicos en los que gravitación, física cuántica y termodinámica
convergen de manera natural.
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
■ Si el agujero negro se formó a partir de un estado cuántico puro y se disipa
térmicamente, ¿Qué ocurre con la información cuántica?
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
◆ La evaporación de ANs parece violar la
unitariedad de la evolución cuántica!!!.
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 6/8
¿Qué tienen de especial los AN?
■ Los AN son sistemas físicos en los que gravitación, física cuántica y termodinámica
convergen de manera natural.
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
■ Si el agujero negro se formó a partir de un estado cuántico puro y se disipa
térmicamente, ¿Qué ocurre con la información cuántica?
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
◆ La evaporación de ANs parece violar la
unitariedad de la evolución cuántica!!!.
◆ La termodinámica exige preguntar: ¿Qué estados
microscópicos generan la entropía S =
Gonzalo J. Olmo
kA
4lP2
?
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 6/8
¿Qué tienen de especial los AN?
■ Los AN son sistemas físicos en los que gravitación, física cuántica y termodinámica
convergen de manera natural.
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
■ Si el agujero negro se formó a partir de un estado cuántico puro y se disipa
térmicamente, ¿Qué ocurre con la información cuántica?
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
◆ La evaporación de ANs parece violar la
unitariedad de la evolución cuántica!!!.
◆ La termodinámica exige preguntar: ¿Qué estados
microscópicos generan la entropía S =
kA
4lP2
?
◆ 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 2009 - p. 6/8
¿Qué tienen de especial los AN?
■ Los AN son sistemas físicos en los que gravitación, física cuántica y termodinámica
convergen de manera natural.
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
■ Si el agujero negro se formó a partir de un estado cuántico puro y se disipa
térmicamente, ¿Qué ocurre con la información cuántica?
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
◆ La evaporación de ANs parece violar la
unitariedad de la evolución cuántica!!!.
◆ La termodinámica exige preguntar: ¿Qué estados
microscópicos generan la entropía S =
kA
4lP2
?
◆ 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 teorı́as.
Podrı́a decirse que los AN son como el átomo de Hidrógeno de nuestra época.
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 6/8
Conclusiones
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
■ 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 2009 - p. 7/8
Conclusiones
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
■ 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 2009 - p. 7/8
● About this talk . . .
● ¿Qué es un Agujero Negro?
● Termodinámica de AN
● ¿Se evaporan?
● ¿Qué tienen de especial?
● Conclusiones
The End
Gracias !!!
Gonzalo J. Olmo
Madrid, 3 de Abril de 2009 - p. 8/8