Así que ahí estás, a punto de saltar a un agujero negro. ¿Qué podría esperar si, contra todo pronóstico, de alguna manera sobrevives? ¿Dónde terminarías y qué historias tentadoras podrías contar si lograras clamar tu camino de regreso?
La respuesta simple a todas estas preguntas es, como explica el profesor Richard Massey, "¿Quién sabe?" Como investigador de la Royal Society en el Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham, Massey es plenamente consciente de que los misterios de los agujeros negros son profundos. "Caer a través de un horizonte de eventos es, literalmente, pasar más allá del velo: una vez que alguien cae, nadie puede enviarle un mensaje", dijo. "La enorme gravedad los 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 predijo 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 un tirón gravitacional tan poderoso que ni siquiera la luz podría evitarlo. Entonces, si se encuentra en el horizonte de eventos, 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 acabaría finalmente aplastado por la singularidad. La idea de que podría aparecer en algún lugar, tal vez en el 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 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.
"Leer el popular libro de Kip Thorne sobre agujeros de gusano es lo que primero me entusiasmó sobre la física cuando era niño", dijo Massey. Pero no parece probable que existan agujeros de gusano.
De hecho, Thorne, que prestó su consejo experto al equipo de producción para 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 de interestelar" (WW Norton y Compañía, 2014). Thorne le dijo a Space.com que los viajes a través de estos túneles teóricos probablemente seguirían siendo de ciencia ficción, y ciertamente no hay evidencia firme de que un agujero negro pueda permitir ese paso.
Pero, el problema es que no podemos acercarnos para ver por nosotros mismos. Por qué, ni siquiera podemos tomar fotografías de nada que tenga lugar dentro de un agujero negro: si la luz no puede escapar de su inmensa gravedad, nada puede ser roto por una cámara. Tal como está, la teoría sugiere que todo lo que va más allá del horizonte de eventos 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 rápidas próximo.
"Creo que la historia estándar es que conducen al final de los tiempos", dijo Douglas Finkbeiner, profesor de astronomía y física en la Universidad de Harvard. "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 eventos. Pero el amigo cae directamente, en un lugar más allá de 'para siempre'. Lo que sea que eso signifique."
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, tendría que 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 vincule 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.
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 que, 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", dijo Finkbeiner. Hawking calculó que la radiación causaría que un agujero negro perdiera energía, se redujera y desapareciera, como se describe en su artículo de 1976 publicado en 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, en su explosión, 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 AMPS, o la hipótesis del firewall del agujero negro. Según sus cálculos, la mecánica cuántica podría convertir el horizonte de eventos 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 llevan 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 eventos 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.
Un agujero negro de incertidumbre
Da un paso adelante Hawking una vez más. En 2014, publicó un estudio en el que evitó la existencia de un horizonte de eventos, 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 puede ser destruida, y, si alguna vez se demostró, sugiere que cualquier cosa podría escapar de un agujero negro.
Hawking fue tan lejos como para decir que los agujeros negros pueden no existir. "Los agujeros negros deben 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 se va a tragar muchas más horas científicas durante mucho tiempo. Rovelli y Francesca Vidotto sugirieron recientemente que un componente de la materia oscura podría formarse por restos de agujeros negros evaporados, y el papel de Hawking sobre agujeros negros y 'cabello suave' se lanzó en 2018, y describe cómo quedan partículas de energía cero alrededor del punto sin horizonte, el horizonte de sucesos, una idea que sugiere que la información no se pierde sino que se captura.
Esto voló en contra del teorema sin pelo 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.
