Matemático sugiere que los agujeros negros podrían borrar nuestro pasado [VIDEO]

Andrew Hamilton / John Hawley

En el mundo tal y como lo conocemos, nuestro pasado determina nuestro futuro. Lo mismo ocurre en todos lados, incluido el espacio. Pero un matemático ha encontrado algunos tipos de agujeros negros en los que se rompe esta ley. Si alguien se aventurara en uno, podría sobrevivir, pero su pasado sería borrado y podría tener un número infinito de futuros posibles.

Una simulación razonablemente realista muestra cómo al caer dentro de un agujero negro se distorsiona el espacio-tiempo, y cómo se desplaza la luz azul al aproximarse al horizonte interno o de horizonte de Cauchy, donde uno encontraría la muerte. Sin embargo, el matemático argumenta que, de hecho, se podría sobrevivir al paso por este horizonte.

Este tipo de afirmaciones ya han sido hechas en el pasado, y los físicos han invocado una "fuerte censura cósmica" para explicarlo. Es decir, algo catastrófico evitaría que los observadores entren realmente en una región del espacio-tiempo donde su futuro no estaba determinado. Este principio, propuesto por primera vez hace 40 años por Roger Penrose padre, mantiene la idea del determinismo, la cual es clave para cualquier teoría física. Es decir, dado el pasado y el presente, las leyes físicas del universo no permiten más de un futuro posible.

Pero, según el matemático Peter Hintz, de UC Berkeley, los cálculos muestran que para algunos tipos específicos de agujeros negros en un universo como el nuestro, que se está expandiendo a un ritmo acelerado, es posible sobrevivir al paso de un mundo determinista a un agujero negro no determinista.

El hallazgo no significa que las ecuaciones de Einstein de la relatividad general, que hasta ahora describen perfectamente la evolución del cosmos, estén equivocadas, dijo Hintz. "Ningún físico va a viajar a un agujero negro y medirlo. Esta es una pregunta matemática. Pero desde ese punto de vista, esto hace que las ecuaciones de Einstein sean matemáticamente más interesantes", dijo. "Esta es una pregunta a la que uno realmente solo puede estudiar matemáticamente, pero tiene implicaciones físicas, casi filosóficas, lo que la hace genial".

"Esta... conclusión corresponde a una falla grave de determinismo en la relatividad general que no puede tomarse a la ligera en vista de la importancia en la cosmología moderna” dijeron sus colegas de la Universidad de Lisboa en Portugal, Vitor Cardoso, João Costa y Kyriakos Destounis, y de la Universidad de Utrecht, Aron Jansen.

Los agujeros negros son objetos extraños que tienen ese nombre porque nada puede escapar de su gravedad, ni siquiera la luz. Si alguien se aventurase demasiado cerca y cruzara el llamado horizonte de eventos, nunca escaparía. Para los agujeros negros pequeños, nunca sobreviviría a un acercamiento tan cerrado. Las fuerzas de marea cercanas al horizonte de sucesos son suficientes para convertir en spaghetti cualquier cosa: es decir, estirarlo hasta que sea una cadena de átomos.

Más allá del horizonte de sucesos

Pero para los grandes agujeros negros, como los objetos supermasivos en los núcleos de las galaxias como la Vía Láctea, que pesan decenas de millones o miles de millones de veces la masa de una estrella, cruzar el horizonte de sucesos no tendría incidentes. Debido a que debería ser posible sobrevivir a la transición de nuestro mundo al mundo del agujero negro. Los físicos y matemáticos se han preguntado cómo sería ese mundo, y han recurrido a las ecuaciones de la relatividad general de Einstein para predecir el mundo dentro de un agujero negro. Estas ecuaciones funcionan bien hasta que un observador alcanza el centro o la singularidad, donde en los cálculos teóricos la curvatura del espacio-tiempo se vuelve infinita. Sin embargo, incluso antes de llegar al centro, un explorador de agujeros negros podría encontrar algunos hitos raros y mortales.

Hintz estudia un tipo específico de agujero negro estándar no giratorio y con una carga eléctrica. Tal objeto tiene algo llamado “horizonte de Cauchy” dentro del horizonte de eventos. El horizonte de Cauchy es el punto donde el determinismo se rompe, donde el pasado ya no determina el futuro. Físicos, incluido Penrose, han argumentado que ningún observador podría pasar por el punto del horizonte de Cauchy porque serían aniquilados.

La hipótesis dice que cuando un observador se acerca al horizonte, el tiempo se ralentiza, ya que los relojes marcan más lento en un fuerte campo gravitacional. Como la luz, las ondas gravitatorias y cualquier otra cosa que se encuentre con el agujero negro caerán inevitablemente hacia el horizonte de Cauchy, un observador que también caiga hacia adentro eventualmente verá toda esta energía entrando al mismo tiempo. En efecto, toda la energía que el agujero negro ve durante la vida del universo golpea el horizonte de Cauchy al mismo tiempo, destruyendo al observador que logre llegar hasta ahí.

Agujeros negros no deterministas

Sn embargo Hintz se dio cuenta de que esto podría no aplicarse en un universo en expansión que se está acelerando, como el nuestro. Como el espacio-tiempo se separa cada vez más, gran parte del universo distante no afectará en absoluto al agujero negro, ya que esa energía no puede viajar más rápido que la velocidad de la luz.

De hecho, la energía disponible para caer en el agujero negro es solo la contenida dentro del horizonte observable: el volumen del universo que el agujero negro puede esperar ver a lo largo de su existencia. Para nosotros, por ejemplo, el horizonte observable es más grande que los 13.800 millones de años luz que podemos ver en el pasado, porque incluye todo lo que veremos para siempre en el futuro. La expansión acelerada del universo nos impedirá ver más allá de un horizonte de aproximadamente 46.500 millones de años luz.

En ese escenario, la expansión del universo contrarresta la amplificación causada por la dilatación del tiempo dentro del agujero negro, y para ciertas situaciones, lo cancela por completo. En esos casos, específicamente, agujeros negros lisos y no giratorios con una gran carga eléctrica, los llamados agujeros negros Reissner-Nordström-de Sitter, podrían permitir que un observador sobreviva al pasar por el horizonte de Cauchy y entrar en un mundo no determinista.

"Hay algunas soluciones exactas de las ecuaciones de Einstein que son perfectamente suaves, sin dobleces, sin fuerzas de marea que van al infinito, donde todo se comporta perfectamente bien hasta este horizonte de Cauchy y más allá", dijo, señalando que el paso por el horizonte sería doloroso pero breve. "Después de eso, todas las apuestas están cerradas; en algunos casos, como el agujero negro Reissner-Nordström-de Sitter, uno puede evitar la singularidad central y vivir para siempre en un universo desconocido".

Ciertamente, es poco probable que existan agujeros negros cargados, ya que atraen materia con cargas opuestas hasta que se vuelven neutrales. Sin embargo, las soluciones matemáticas para los agujeros negros cargados se utilizan como aproximaciones de lo que sucedería dentro de los agujeros negros rotativos, que probablemente sean la norma. Hintz sostiene que los agujeros negros lisos y giratorios se comportarían de la misma manera.

"Eso es perturbador, la idea de que podrías comenzar con una estrella cargada eléctricamente que se colapsa en un agujero negro, y luego Alicia viaja dentro de este agujero y si los parámetros son lo suficientemente extremos, podría ser que ella cruce el horizonte de Cauchy, sobreviva y llega a una región del universo donde, conociendo el estado inicial completo de la estrella, no podrá decir qué va a pasar", dijo Hintz. "Ya no está determinado únicamente por el conocimiento total de las condiciones iniciales. Es por eso que es muy problemático".

Hintz descubrió este tipo de agujeros negros al asociarse con Cardoso y sus colegas, que calcularon cómo suena un agujero negro cuando son golpeados por las ondas gravitatorias, y cuál de sus tonos y matices duró más tiempo. En algunos casos, incluso la frecuencia de supervivencia más larga decayó lo suficientemente rápido como para evitar que la amplificación convirtiera el horizonte de Cauchy en una zona muerta.

El artículo de Hintz ya ha suscitado otros papers, uno de los cuales pretende mostrar que la mayoría de los agujeros negros con buen comportamiento no violarán el determinismo. Pero Hintz insiste en que una instancia de violación es demasiada. "La gente se había mostrado complaciente durante unos 20 años, desde mediados de los años 90, esa fuerte censura cosmológica siempre se verifica", dijo. "Desafiamos ese punto de vista".

Los agujeros negros son objetos extremadamente extraños que fascinan a los científicos y al público en general. La semana pasada, científicos de la Universidad de Colorado Boulder detectaron un agujero negro emitiendo chorros de materia, no una, sino dos veces. Algo que nunca antes había ocurrido. 

 

Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma

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