Thomas Dalton
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Los agujeros negros se encuentran entre los lugares más misteriosos del universo; lugares donde el tejido mismo del espacio y el tiempo está tan deformado que ni siquiera la luz puede escapar de ellos. Según la teoría de la relatividad general de Einstein, en su centro se encuentra una singularidad, un lugar donde la masa de muchas estrellas se aplasta en un volumen de tamaño exactamente cero. Sin embargo, dos artículos de física recientes, publicados el 10 de diciembre en las revistas Physical Review Letters y Physical Review D, respectivamente, pueden hacer que los científicos reconsideren lo que creemos saber sobre los agujeros negros. Es posible que los agujeros negros no duren para siempre, y es posible que hayamos entendido completamente mal su naturaleza y cómo se ven en el centro, según los periódicos. [Las ideas más descabelladas de Stephen Hawking sobre los agujeros negros]
El borde de la física de Einstein
Los astrónomos y físicos han sostenido durante mucho tiempo que la idea de una singularidad simplemente debe estar equivocada. Si un objeto con masa no tiene tamaño, entonces tiene una densidad infinita. Y, por mucho que los investigadores usen la palabra "infinito", infinitos de ese tipo no existen en la naturaleza. En cambio, cuando te encuentras con un infinito en una situación científica real, física, lo que realmente significa es que has llevado tus matemáticas más allá del ámbito donde se aplican. Necesitas nuevas matemáticas.
Es fácil dar un ejemplo familiar de esto. La ley de la gravedad de Newton dice que la fuerza de la atracción gravitacional cambia como uno sobre la distancia al cuadrado entre dos objetos. Entonces, si tomas una pelota ubicada lejos de la Tierra, experimentaría un cierto peso. Luego, al acercarlo a la Tierra, el peso aumentaría. Llevando esa ecuación al extremo, al acercar el objeto al centro de la Tierra, experimentaría una fuerza infinita. Pero no es así.
En cambio, cuando acerca el objeto a la superficie de la Tierra, la simple ley de gravedad de Newton ya no se aplica. Debe tener en cuenta la distribución real de la masa de la Tierra, y esto significa que debe usar ecuaciones diferentes y más complejas que predicen comportamientos diferentes. De manera similar, aunque la teoría de la relatividad general de Einstein predice que existe una singularidad de densidad infinita en el centro de los agujeros negros, esto no puede ser cierto. En tamaños muy pequeños, debe entrar en juego una nueva teoría de la gravedad. Tenemos un nombre genérico para esta nueva teoría: se llama gravedad cuántica. [8 formas en que puedes ver la teoría de la relatividad de Einstein en la vida real]
El nombre gravedad cuántica simplemente significa "gravedad en las escalas más pequeñas", pero la frase no implica una teoría específica. Sin embargo, se han hecho propuestas teóricas específicas que describirían la gravedad tal como es en el microcosmos. Una propuesta se llama gravedad cuántica de bucles.
La gravedad cuántica de bucles está bien definida matemáticamente y expresa el tejido del espacio-tiempo como una red de redes de espín, que evolucionan con el tiempo. Las redes de espín son solo una formulación matemática que describe cómo interactúan las partículas y los campos. Desde un punto de vista más práctico, la gravedad cuántica de bucles predice que el espacio-tiempo está cuantificado, con una unidad o pieza de espacio y tiempo más pequeña posible, más allá de la cual el espacio-tiempo no puede subdividirse más..
La gravedad cuántica de bucles es una teoría matemática difícil que se ha resistido a hacer predicciones comprobables dentro de los agujeros negros. Sin embargo, Abhay Ashtekar y Javier Olmedo de la Universidad Estatal de Pensilvania y Parampreet Singh de la Universidad Estatal de Luisiana han aplicado la gravedad cuántica de bucle al centro de los agujeros negros. Afirman que el resultado no es una singularidad.
Su cálculo predice que el espacio-tiempo se curva muy fuertemente cerca del centro del agujero negro. El resultado es que el espacio-tiempo continúa en una región en el futuro que tiene la estructura de un agujero blanco. Un agujero blanco es como un agujero negro al revés, lo que significa que a diferencia de un agujero negro, que atrae materia, un agujero blanco dispara materia hacia afuera..
Quizás haya otra forma de imaginar lo que predicen. Es bien sabido que en campos gravitacionales fuertes, el tiempo se ralentiza. Y los agujeros negros contienen los campos gravitacionales más fuertes del universo. Debido a esto, una posible interpretación de este nuevo trabajo es que la materia cae en un agujero negro y luego "rebota", disparando la masa de regreso a través del cosmos. Debido a que el tiempo es tan lento cerca del centro de un agujero negro, ese proceso simplemente está tomando una enorme cantidad de tiempo. Si los investigadores están en lo cierto, en un futuro muy lejano, donde ahora hay agujeros negros, la materia entrará en erupción, esparciendo materia por todo el cosmos..
Como siempre en la ciencia teórica, hay muchas ideas interesantes y provocativas que simplemente no son ciertas, y esta puede ser una de ellas. Por eso es importante ver si existe apoyo experimental para ideas teóricas como estas.
Hay algunas posibilidades. Los científicos han observado fenómenos de muy alta energía en el espacio que no se han explicado completamente. Uno es la existencia de rayos cósmicos de muy alta energía que golpean la atmósfera terrestre. Otro es lo que se denomina "ráfagas de radio rápidas", que es cuando se observa una gran cantidad de energía de radio en un período de tiempo muy corto. Ambos fenómenos podrían, al menos en principio, ser la firma de un agujero negro en transición a un agujero blanco..
Sin duda, es prematuro aceptar esta interesante nueva idea. En cambio, sería prudente ver cómo se desarrollan los cálculos en curso que utilizan la gravedad cuántica de bucle. Si las predicciones mejoran y comienzan a parecerse más a algunos de los fenómenos astronómicos observados inexplicables, podría ser que este nuevo resultado explique cómo funciona la gravedad cuántica y remodelará nuestra comprensión tanto del pasado como del futuro de nuestro universo..
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Publicado originalmente el .
Don Lincoln es investigador de física en Fermilab. Es el autor de "El gran colisionador de hadrones: la extraordinaria historia del bosón de Higgs y otras cosas que te dejarán boquiabierto"(Johns Hopkins University Press, 2014), y produce una serie de estudios de educación científica videos. SIGUELO en Facebook. Las opiniones expresadas en este comentario son su.
Don Lincoln contribuyó con este artículo a 's Voces de expertos: opinión e información.