¿Qué es tan problemático en la paradoja de la información?

No estoy seguro de ver la dificultad en la paradoja de la información del agujero negro. La radiación de Hawking saliente no está conectada causalmente con la información de las partículas del interior. Si el agujero se ha evaporado, no puedes saber qué había dentro al mirar los fotones de Hawking. Strominger dijo que los agujeros negros son la causa de la ruptura de las leyes físicas de nuestro universo. Él y otros dos hicieron un gran cálculo para resolver la paradoja y rescatar las leyes físicas. Asumieron cabello suave para un BH. Así no se pierde información. Ya no se necesitan cortafuegos (se propusieron para solucionar el problema de la monogamia entrelazada). Se necesitaron alrededor de 5000 términos matemáticos para llegar al valor conocido a priori de 12J, el momento angular del agujero. Bastante increíblemente llegaron exactamente a las 12.

Pero de todos modos, ¿por qué es tan difícil asumir que la información se pierde? Si no puedes rastrear la materia hasta la materia que ya no existe, ¿y qué? Si los fotones de Hawking (salientes) no pueden conectarse causalmente con las cosas dentro del agujero, ¿y qué? Las partículas en el interior desaparecen y las partículas aparecen en el exterior. Tan sencillo como eso. ¿Se pierde la unitaridad? ¿No es eso también en el caso de un colapso de la función de onda? ¿O cuando se crea un par de partículas? Las partículas creadas no tienen relación causal con lo que vino antes.

Entonces, ¿por qué inventar extraños tipos de enredos de los fotones de Hawking con el interior del agujero? ¿Por qué es problemática la desaparición de las partículas que constituyen el BH y la aparición independiente de la radiación de Hawking?

Respuestas (2)

La evolución de la mecánica cuántica a través de la ecuación de Schrödinger (o cualquiera que sea su formalismo favorito) es unitaria. Podemos comenzar con un estado puro con algunas partículas y sin agujeros negros, y arrojar estas partículas entre sí para formar un agujero negro. Luego esperamos a que el agujero negro se evapore. Eventualmente se evapora por completo y, según Hawking, obtenemos una radiación térmica. Esto significa que el estado es un estado mixto. No existe una transformación unitaria que nos lleve de un estado puro a un estado mixto, por lo que la evolución unitaria de la mecánica cuántica aparentemente se ha roto [ Nota: si no sabe acerca de los estados mixtos, la conclusión clave es que la evolución unitaria no es posible de llevarnos del estado inicial al estado final]. Esto es una contradicción si asumimos que todo el sistema puede describirse mecánicamente cuánticamente.

Una solución al problema necesita explicar exactamente lo que sale mal. Para muchos (incluyéndome a mí), preservar la unitaridad y la mecánica cuántica es primordial, lo que sugiere que debe haber un problema con el cálculo de Hawking y que la radiación no es exactamente térmica (si tan solo pudiéramos calcular su estado). Si quiere resolver la paradoja diciendo que hay alguna medida que rompe la unitaridad, tiene que explicar exactamente dónde y por qué ocurre la medida, y cómo esta medida produce un espectro térmico. Eres perfectamente libre de agitar las manos y pensar en las cosas que encuentres más interesantes, pero no harás una contribución apreciada por las personas que toman el problema en serio sin una derivación detallada que muestre cómo tu mecanismo reproduce el cálculo de Hawking.

Cuando las cosas se aceleran y se produce el efecto Unruh, ¿se trata de un proceso unitario?
Todo en este argumento iría bien si tuviéramos una teoría cuántica adecuada en espaciotiempos curvos. ¿Lo tenemos? Hasta donde yo sé, el trabajo está en progreso. Falta eso, todo el argumento debe tomarse como puramente especulativo, en mi humilde opinión.
Nunca he visto el cálculo de Hawking de que la radiación de Hawking es térmica. Pero, ¿cuál es el gran problema de decir que la radiación de Hawking no es térmica, y es más bien un estado cuántico de muchos cuerpos altamente enredado que 'parece' térmico cuando no conoces los detalles del estado? Tengo entendido que el estado genérico de muchos cuerpos es así (por ejemplo, electrones en un metal).
Solo parece una "paradoja" si hay alguna razón sólida para aferrarse a la noción de que la radiación de Hawking DEBE ser un estado no puro.
@AndrewSteane Hay un horizonte en el espacio Rindler. Si rastrea las partes del espacio de Hilbert fuera del horizonte de Rindler, obtendrá un estado mixto, como en el fondo de un agujero negro. En este caso, no hay problema porque sabemos que en realidad todo lo que sucedió es que trazamos un subconjunto de los grados de libertad, que están enredados con los grados de libertad en nuestra cuña Rindler. La diferencia con el caso del agujero negro es que el agujero negro se evapora. Entonces, la información realmente se pierde (aparentemente), en lugar de simplemente faltar en nuestro cálculo.
@GiorgioP Existe un marco bien desarrollado conocido como "la teoría del campo efectivo de la gravedad" que puede tratar consistentemente la gravedad como una teoría cuántica efectiva que se aplica cuando las desviaciones de un espacio-tiempo de fondo conocido son pequeñas. Este es el escenario de la paradoja de la pérdida de información. Una posible explicación es que el marco efectivo de la teoría de campo no se aplica, pero como dije anteriormente, no es suficiente simplemente decir estas palabras, uno debe explicar por qué no se aplica, lo cual no es tan fácil porque según las reglas normales de la teoría del campo efectivo no hay nada obviamente malo.
@ Jagerber48 El problema es que puede calcular cuál es el estado dentro de la teoría del campo efectivo de la gravedad, y el estado es exactamente térmico, y no un estado altamente enredado. No es suficiente decir simplemente con palabras que este resultado es incorrecto, uno tiene que proporcionar un argumento riguroso que explique por qué el cálculo original es incorrecto (si lo es). Aquí está el artículo original de Hawking sobre la paradoja, que vale la pena leer: journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.14.2460

Dado que la radiación de Hawking es térmica (no lleva información), la evaporación del agujero negro es fundamentalmente irreversible. Esto es incompatible con la teoría cuántica, como dice @Andrew. Entonces, el problema es averiguar qué sucede con la información.

Resumen de intentos de solución:

  1. Negación : Nada cae/no se forman agujeros negros . No. Simplemente mal _ Tenga en cuenta que este tipo de solución no es que Hawking esté mal citado, o que no estén bien definidos .
  2. Ira : El observador se quema en un cortafuegos gigante. Ni siquiera mal.
  3. Negociación : sale información. Actualmente es la solución más popular , ya que es compatible con la dualidad calibre /gravedad.
  4. Depresión : Restos/información se queda. Impopular porque no se puede calcular nada.
  5. Aceptación : No unitaridad. No descartado, pero aún más impopular que los remanentes.

Referencia : Sabine Hossenfelder

(1) no es "simplemente incorrecto": no está bien definido si se forman o no agujeros negros , a diferencia de lo que se puede observar sobre ellos.
@Ruslan. No te preocupes, aclarado (1)
@Ruslan Ah, un enlace a la respuesta de un instructor de un colegio comunitario que no pudo trazar los diagramas de Penrose correctos, no sabía que la singularidad de Kerr era temporal y terminó abandonando este sitio. Lindo.
@MrAnderson Gracias por resolver el estado de la psicología en la física. Sin este valioso análisis, la comunidad física estaría desorientada. Finalmente alguien con autoridad ha aclarado lo que está bien y lo que está mal. Estar completamente basado en opiniones está perfectamente bien. Las opiniones de los profesionales no cuentan ya que lo hacen para vivir y solo se preocupan por el cheque de pago. Sin embargo, su opinión como entusiasta está motivada únicamente por la verdad. Continúe con un buen trabajo y manténganos informados sobre cualquier avance futuro que realice para guiar a la comunidad física en la dirección correcta.
¿Qué es tan problemático en la paradoja de la información?
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