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En 1969, el físico inglés Roger Penrose descubrió una propiedad que más tarde permitiría establecer un vínculo largamente esperado entre la termodinámica y la mecánica más extraña de los agujeros negros. Mediante un nuevo análisis publicado en EPJ H, Carla Rodrigues Almeida, de la Universidad de São Paulo (Brasil), arroja nueva luz sobre las motivaciones y los métodos de Penrose, y explora su influencia histórica en el innovador descubrimiento de la radiación de Hawking.
Antes de la década de 1950, muchos físicos eran reacios a aceptar la idea de que los agujeros negros son objetos físicos, consistentes con las leyes bien establecidas de la termodinámica. Este panorama se transformó por completo en las dos décadas siguientes y, en 1969, Penrose demostró por primera vez cómo se puede extraer energía de un agujero negro en rotación. Su teoría se basaba en una región recién concebida denominada "ergosfera".
Aunque se encuentra justo fuera del límite de un agujero negro, el espacio-tiempo dentro de la ergosfera gira junto al cuerpo, como el gas de la atmósfera de un planeta. Si un trozo de materia entra en la región, Penrose propuso que puede dividirse en dos partes: una de ellas puede caer en el agujero negro; mientras que la otra puede escapar, llevando más energía que la partícula original.
Durante los años siguientes, el físico soviético Yakov Zel'doivh exploró el descubrimiento de Penrose a través de la lente de la mecánica cuántica. Aunque su trabajo se vio frenado por las circunstancias políticas, Zel'doiv estableció colaboraciones amistosas con físicos occidentales. En última instancia, las teorías que surgieron gracias a estas relaciones condujeron al descubrimiento de Stephen Hawking de nuevos efectos cuánticos, que pueden hacer que los agujeros negros irradien masa. Finalmente, la comunidad de físicos se convenció de que los agujeros negros sí pueden obedecer las leyes de la termodinámica.
En su estudio, Almeida investiga la propuesta de Penrose en este contexto histórico. Mediante la revisión de los documentos originales, el análisis de los detalles tecnológicos y la exploración de las relaciones entre los físicos occidentales y soviéticos, pretende descubrir la historia que esconden. El artículo recorre la cadena de razonamiento que condujo de la propuesta de Penrose a una analogía entre la termodinámica y la física de los agujeros negros y, en última instancia, a la formulación de la radiación de Hawking.
Fuentes, créditos y referencias:
Carla Rodrigues Almeida, The thermodynamics of black holes: from Penrose process to Hawking radiation, The European Physical Journal H (2021). DOI: 10.1140/epjh/s13129-021-00022-9
Imagen: Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA