¿Los agujeros
negros dinámicos se explican mediante la termodinámica básica?
Por: Sam Sholtis, Universidad Estatal de Pensilvania.
02 de julio de 2026
Ilustración de un agujero negro que crece en respuesta a una afluencia de energía. Crédito de la imagen: Jonathan Shu y Daniel Paraizo / Penn State. Creative Commons.
Una nueva investigación liderada por científicos de Penn State extiende las leyes de la mecánica de los agujeros negros del renombrado físico Stephen Hawking a los agujeros negros dinámicos que se forman, se fusionan y se evaporan. A principios de la década de 1970, Stephen Hawking y otros físicos encontraron paralelismos entre las leyes de la termodinámica que describen fenómenos cotidianos, como el calor que produce una olla de agua en una cocina y la mecánica de los agujeros negros.
“Las leyes de Hawking sobre la mecánica de los agujeros negros proporcionaron una conexión satisfactoria entre la física extrema y la ordinaria, y han sido el paradigma durante 50 años, pero tienen una limitación importante”, dijo Abhay Ashtekar, profesor de la Universidad de Atherton. Estas leyes se formularon para agujeros negros en equilibrio, es decir, que permanecen inmutables con el tiempo, pero los agujeros negros están en constante cambio: se forman, se fusionan y, finalmente, se evaporan.
El equipo de investigación liderado por expertos de la Universidad Estatal de Pensilvania, quería encontrar una manera de superar esta limitación inicial que los confina al equilibrio y extender las leyes a agujeros negros que no están en equilibrio. Ahora este reciente estudio propone una forma alternativa de determinar la entropía de un agujero negro, una medida de desorden que, según la segunda ley de la termodinámica, nunca disminuye.
Esta nueva medida de entropía está más estrechamente ligada a las propiedades físicas de espín y energía del agujero negro y podría abrir nuevas perspectivas para comprender mejor los procesos dinámicos que experimentan, desde la evaporación hasta la fusión con otro agujero negro. Dado que no se puede ver el interior de un agujero negro, parecía que existía un número infinito de maneras de crearlo, lo que implicaba que su entropía también sería infinita. Además, se creía que solo absorbían energía y nunca la irradiaban, por lo que su temperatura era cero
Con una entropía infinita y temperatura cero, los agujeros negros parecían estar más allá de lo que la termodinámica podía explicar, pero entonces Hawking utilizó la mecánica cuántica para demostrar que los agujeros negros pueden irradiar energía y partículas. “Esto transformó la concepción de las propiedades termodinámicas de los agujeros negros, pasando de ser un concepto matemático descrito mediante ecuaciones a una realidad más física”, afirmó Daniel Paraizo, estudiante de posgrado en física de Penn State.
Hawking sugirió que el área del horizonte de sucesos de un agujero negro, el límite alrededor de un agujero negro donde la gravedad aún es lo suficientemente fuerte como para impedir que escape la luz, es proporcional a su entropía, y que su temperatura es inversamente proporcional a una combinación de su masa y su espín.
“Estas analogías termodinámicas solo funcionan realmente para un agujero negro en equilibrio. En situaciones dinámicas, los horizontes de sucesos pueden formarse y crecer en lo que llamamos regiones planas del espacio-tiempo, donde no ocurre nada. Esto los hace teleológicos: sus propiedades no pueden determinarse únicamente por la física local del agujero negro, sino que dependen de la predicción de eventos que pueden o no ocurrir en el futuro”, declaró Jonathan Shu, estudiante de posgrado en física de Penn State.
La nueva investigación del equipo demuestra que los horizontes de sucesos pueden sustituirse por los denominados “horizontes dinámicos”, que ya se utilizan en simulaciones numéricas de agujeros negros. El horizonte dinámico se caracteriza por las propiedades del agujero negro en un instante dado y, por lo tanto, está exento del problema de la teleología. “Esto nos permite extender la primera y la segunda ley de la termodinámica a los agujeros negros que no están en equilibrio, superando así las limitaciones del paradigma que se ha utilizado durante más de medio siglo”, afirmó Ashtekar.
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