La radiación de Hawking es la primera teoría que enlaza la mecánica relativista con la mecánica cuántica. No está probada aún y se estima muy difícil de demostrar por las escalas de distancia y sobre todo de tiempo involucradas.

El terreno donde se desarrolla son los agujeros negros y más concretamente su horizonte de sucesos. Este horizonte de sucesos es la zona del espacio que rodea a la singularidad donde la velocidad de escape necesaria para evitar caer en el pozo gravitatorio de la singularidad es la velocidad de la luz.

Por debajo de este horizonte de sucesos hasta la singularidad, la gravitación es tan fuerte que para escapar de ella tendría que alcanzarse velocidades superiores a la velocidad de la luz. Como esto es imposible para la luz y mucho mas obvio para la materia, esta zona del espacio quedaría oculta al resto del universo y nada, en principio, podría escapar de esa zona interior.

El físico inglés Stephen Hawking, sin embargo postuló en 1974 que un agujero negro emite radiación, y esto iba en contra de lo establecido hasta entonces. Esto causaría que con el tiempo (mucho, pero que mucho tiempo) los agujeros negros terminen evaporándose. En términos coloquiales, los agujeros negros no son negros, sino grises.

Pero cual es la explicación del por qué algo pueda “violar” la velocidad máxima permitida por la relatividad, que es la velocidad de la luz. Aquí es donde aparece la mecánica cuántica y con los principios explicados en las entregas anteriores explicaremos las razones. Hay varias explicaciones posibles a la aparición de esta radiación, pero su común denominador es en todas ellas se utilizan principios cuánticos.

La primera de ellas recoge la propiedad de que la cuántica permite la creación de pares de partículas bajo ciertas condiciones y cumpliendo ciertas reglas, como la conservación de la energía, del momento lineal, de la carga y de la paridad y el principio de incertidumbre de Heisemberg. Así un fotón puede espontáneamente y durante un tiempo determinado por el principio de incertidumbre, transformarse en dos partículas cuya carga neta sea cero, y la suma de sus momentos y paridad sea la del fotón inicial. Si esa creación de la pareja partícula-antipartícula se realiza muy cerca del horizonte de sucesos con una dirección que no sea paralela al horizonte, y gracias al pricipio de incertidumbre de posición, puede darse el caso de que ambas partículas “aparezcan” en lados opuestos del horizonte. La colocada dentro del horizonte se perderá para siempre, desde nuestro punto de vista, mientras que la otra, colocada en nuestra parte, la notaremos como radiación, con una energía que “ha sido robada” del agujero negro. De esta manera los agujeros negros emiten radiación con una temperatura dada por la expresión

Otra interpretación es que en cierta medida el principio de indeterminación permite la violación de la conservación de la energía y que se pueda crear los pares con más energía que la inicial del fotón. Esta energía extra podría permitir velocidades superlumínicas en alguna de las partículas que puedan abandonar la región interior del horizonte de sucesos.

Una explicación de la radiación de Hawking

De la expresión matemática de la temperatura se deduce que ésta es inversamente proporcional a la masa inicial del agujero negro. Además es un valor tan pequeño para las masas habituales de agujeros negros, incluso los agujeros negros de tipo estelar, que no podremos presenciar la evaporación de un agujero negro normal, ya sea estelar o de centros galácticos. Solo habrá oportunidad de verificar la radiación de Hawking en los llamados agujeros negros residuales del big-bang, que contarían con una masa redicida y ya ha pasado suficiente tiempo tras su formación.

 

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