Si viajas a través de un agujero negro, ¿a dónde vas?
Impresión artística de un agujero negro.¿A dónde va un agujero negro?(Imagen: © revista All About Space)
Así que ahí estás, a punto de saltar a un agujero negro. ¿Qué podría esperar si, contra todo pronóstico, sobrevives de alguna manera? ¿Dónde terminarías y qué historias tentadoras podrías contar si lograras clamar tu camino de regreso?
Caer a través de un horizonte de sucesos (el punto de no retorno, donde la gravedad el propio agujero nos atrae y es imposible escapar) es, literalmente, pasar más allá del velo: una vez que alguien cae, nadie puede enviar un mensaje. La enorme gravedad te rompería en pedazos, así que dudo que alguien que caiga llegue a algún lado.
Si eso suena como una respuesta decepcionante y dolorosa, entonces es de esperar. Desde que se consideró que la teoría general de la relatividad de Albert Einstein había predicho los agujeros negros al vincular el espacio-tiempo con la acción de la gravedad, se sabe que los agujeros negros son el resultado de la muerte de una estrella masiva que deja un núcleo remanente pequeño y denso. Suponiendo que este núcleo tiene más de aproximadamente tres veces la masa del Sol, la gravedad se abrumaría hasta tal punto que caería sobre sí mismo en un solo punto, o singularidad, entendido como el núcleo infinitamente denso del agujero negro.
El agujero negro inhabitable resultante tendría una atracción gravitacional tan poderosa que ni siquiera la luz podría escapar (y nada puede ir tan rápido como la luz). Entonces, si te encuentras en el horizonte de sucesos, el punto en el que la luz y la materia solo pueden pasar hacia adentro, como lo propuso el astrónomo alemán Karl Schwarzschild, no hay escapatoria. Según Massey, las fuerzas de marea reducirían su cuerpo a hebras de átomos (o 'espaguetización', como también se lo conoce) y el objeto finalmente terminaría aplastado por la singularidad. La idea de que podrías salir a algún lado, quizás al otro lado, parece absolutamente fantástica.
¿Qué tal un agujero de gusano?
¿O es eso? A lo largo de los años, los científicos han estudiado la posibilidad de que los agujeros negros puedan ser agujeros de gusano para otras galaxias. Incluso pueden ser, como algunos han sugerido, un camino hacia otro universo.
Tal idea ha estado flotando por algún tiempo: Einstein se asoció con Nathan Rosen para teorizar puentes que conectan dos puntos diferentes en el espacio-tiempo en 1935. Pero ganó algo de terreno en la década de 1980 cuando el físico Kip Thorne, uno de los principales expertos en las implicaciones astrofísicas de la teoría general de la relatividad de Einstein plantearon una discusión sobre si los objetos podrían viajar físicamente a través de ellos.
De hecho, Thorne, quien prestó su consejo experto al equipo de producción de la película Interstellar de Hollywood, escribió: "No vemos objetos en nuestro universo que puedan convertirse en agujeros de gusano a medida que envejecen", en su libro "La ciencia interestelar" (WW Norton, 2014). Thorne dijo que los viajes a través de estos túneles teóricos probablemente seguirían siendo ciencia ficción, y ciertamente no hay evidencia firme de que un agujero negro pueda permitir ese paso.
Concepto artístico de un agujero de gusano. Si existen agujeros de gusano, podrían conducir a otro universo. Pero, no hay evidencia de que los agujeros de gusano sean reales o de que un agujero negro actúe como tal. (Crédito de la imagen: Shutterstock)
Pero, el problema es que no podemos acercarnos para ver por nosotros mismos. Porque, ni siquiera podemos tomar fotografías de cualquier cosa que tenga lugar dentro de un agujero negro, si la luz no puede escapar de su inmensa gravedad, nada puede ser grabado por una cámara. Tal como está, la teoría sugiere que todo lo que va más allá del horizonte de sucesos simplemente se agrega al agujero negro y, lo que es más, debido a que el tiempo se distorsiona cerca de este límite, esto parecerá ocurrir increíblemente lento, por lo que las respuestas no serán precisamente rápidas.
Creo que la historia estándar es que conducen al final de los tiempos, un observador a lo lejos no verá a su amigo astronauta caer en el agujero negro. Simplemente se volverán más rojos y más débiles a medida que se acerquen al horizonte de sucesos (como resultado del desplazamiento gravitacional hacia el rojo). Pero el amigo cae de inmediato "al más allá para siempre".
Tal vez un agujero negro conduce a un agujero blanco:
Ciertamente, si los agujeros negros conducen a otra parte de una galaxia u otro universo, debería haber algo opuesto a ellos en el otro lado. ¿Podría ser este un agujero blanco, una teoría presentada por el cosmólogo ruso Igor Novikov en 1964? Novikov propuso que un agujero negro se vincula con un agujero blanco que existe en el pasado. A diferencia de un agujero negro, un agujero blanco permitirá que la luz y la materia salgan, pero la luz y la materia no podrán ingresar (es el proceso inverso en un agujero negro).
Los científicos han continuado explorando la conexión potencial entre los agujeros negros y blancos. En su estudio de 2014 publicado en la revista Physical Review D, los físicos Carlo Rovelli y Hal M. Haggard afirmaron que "hay una métrica clásica que satisface las ecuaciones de Einstein fuera de una región finita del espacio-tiempo donde la materia se derrumba en un agujero negro y luego emerge de un agujero de tiempo ". En otras palabras, todo el material que los agujeros negros se han tragado podría vomitarse, y los agujeros negros pueden convertirse en agujeros blancos cuando mueren.
Lejos de destruir la información que absorbe, el colapso de un agujero negro se detendría. En cambio, experimentaría un rebote cuántico, permitiendo que la información se escape. Si este fuera el caso, arrojaría algo de luz sobre una propuesta del ex cosmólogo y físico teórico Stephen Hawking de la Universidad de Cambridge, quien, en la década de 1970, exploró la posibilidad de que los agujeros negros emitan partículas y radiación (calor térmico) como resultado de las fluctuaciones cuánticas.
Hawking dijo que un agujero negro no dura para siempre. También calculó que la radiación podría causar que un agujero negro pierda energía, reducirse y desaparecer, tal como se describe en su artículo publicado en 1976 Physical Review D. Dadas sus afirmaciones de que la radiación emitida sería aleatoria y no contendría información sobre lo que había caído, el agujero negro, al explotar, borraría mucha información.
Esto significaba que la idea de Hawking estaba en desacuerdo con la teoría cuántica, que dice que la información no puede ser destruida. La física afirma que la información se vuelve más difícil de encontrar porque, si se pierde, se hace imposible conocer el pasado o el futuro. La idea de Hawking condujo a la 'paradoja de la información del agujero negro' y ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. Algunos han dicho que Hawking simplemente estaba equivocado, y el hombre incluso declaró que había cometido un error durante una conferencia científica en Dublín en 2004.
Entonces, ¿volvemos al concepto de los agujeros negros que emiten información preservada y la arrojan a través de un agujero blanco? Tal vez. En su estudio de 2013 publicado en Physical Review Letters, Jorge Pullin en la Universidad Estatal de Louisiana y Rodolfo Gambini en la Universidad de la República en Montevideo, Uruguay, aplicaron la gravedad cuántica de bucle a un agujero negro y descubrieron que la gravedad aumentaba hacia el núcleo pero se reducía y se desplomaba lo que sea que estaba entrando en otra región del universo. Los resultados dieron crédito adicional a la idea de que los agujeros negros sirvieran como portal. En este estudio, la singularidad no existe, por lo que no forma una barrera impenetrable que termina aplastando todo lo que encuentra. También significa que la información no desaparece.
Tal vez los agujeros negros no vayan a ninguna parte:
Sin embargo, los físicos Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski y James Sully todavía creían que Hawking podría haber estado haciendo algo. Trabajaron en una teoría que se conoció como el firewall de AMPS, o la hipótesis del firewall del agujero negro. Según sus cálculos, la mecánica cuántica podría convertir el horizonte de sucesos en un gigantesco muro de fuego y cualquier cosa que entre en contacto se quemaría en un instante. En ese sentido, los agujeros negros no conducen a ninguna parte porque nada podría entrar.
Esto, sin embargo, viola la teoría general de la relatividad de Einstein. Alguien que cruza el horizonte de sucesos no debería sentir grandes dificultades porque un objeto estaría en caída libre y, según el principio de equivalencia, ese objeto, o persona, no sentiría los efectos extremos de la gravedad. Podría seguir las leyes de la física presentes en otras partes del universo, pero incluso si no fuera en contra del principio de Einstein, socavaría la teoría del campo cuántico o sugeriría que se puede perder información.
Impresión artística de un evento de interrupción de la marea que ocurre cuando una estrella pasa demasiado cerca de un agujero negro supermasivo. (Crédito de la imagen: revista All About Space)
Un agujero negro de incertidumbre:
Hawking da un paso adelante una vez más. En 2014, publicó un estudio en el que evitó la existencia de un horizonte de sucesos, lo que significa que no hay nada que quemar, diciendo que el colapso gravitacional produciría un 'horizonte aparente'.
Este horizonte suspendería los rayos de luz tratando de alejarse del núcleo del agujero negro y persistiría por un "período de tiempo". En su replanteamiento, los horizontes aparentes retienen temporalmente la materia y la energía antes de disolverse y liberarlos más adelante en la línea. Esta explicación encaja mejor con la teoría cuántica, que dice que la información no se puede destruir, y, si alguna vez se comprobó, sugiere que cualquier cosa podría escapar de un agujero negro.
Hawking llegó a decir que los agujeros negros pueden no existir. "Los agujeros negros deberían redefinirse como estados unidos metaestables del campo gravitacional", escribió. No habría singularidad, y aunque el campo aparente se movería hacia adentro debido a la gravedad, nunca alcanzaría el centro y se consolidaría dentro de una masa densa.
Y sin embargo, todo lo que se emite no será en forma de información tragada. Sería imposible averiguar qué entró al observar lo que está saliendo, lo que causa sus propios problemas, sobre todo para, por ejemplo, un humano que se encontró en una posición tan alarmante. ¡Nunca volverían a sentir lo mismo!
Una cosa es segura, este misterio particular va a tragar muchas más horas científicas por mucho tiempo. Rovelli y Francesca Vidotto sugirieron recientemente que un componente de materia oscura podría formarse por restos de agujeros negros evaporados, y el papel de Hawking sobre agujeros negros y 'soft hair' se lanzó en 2018, y describe cómo se dejan partículas de energía cero alrededor del punto de no retorno, el horizonte de sucesos, una idea que sugiere que la información no se pierde sino que se captura.
Esto fue en contra del teorema soft hair que fue expresado por el físico John Archibald Wheeler y trabajó sobre la base de que dos agujeros negros serían indistinguibles para un observador porque ninguna de las pseudo-cargas especiales de la física de partículas se conservaría. Es una idea que hace que los científicos hablen, pero hay un camino por recorrer antes de que se vea como la respuesta a dónde conducen los agujeros negros. Si tan solo pudiéramos encontrar una manera de saltar a uno...
