Una simulación razonablemente realista de caer en un agujero negro muestra cómo se distorsiona el espacio y el tiempo, y cómo se desplaza la luz azul al aproximarse al horizonte interno o de Cauchy , donde la mayoría de los físicos piensan que sería aniquilado. Sin embargo, un matemático de UC Berkeley argumenta que, de hecho, podrías sobrevivir al paso por este horizonte.
En el mundo real, tu pasado determina de manera única tu futuro. Si un físico sabe cómo comienza el universo, puede calcular su futuro para todos los tiempos y todo el espacio.
Pero un matemático de UC Berkeley ha encontrado algunos tipos de agujeros negros en los que se rompe esta ley. Si alguien se aventurara en uno de estos agujeros negros relativamente benignos, podría sobrevivir, pero su pasado sería borrado y podrían tener un número infinito de futuros posibles.
Tales afirmaciones han sido hechas en el pasado, y los físicos han invocado una fuerte censura cósmica para explicarlo. Es decir, algo catastrófico -normalmente una muerte horrible- impediría que los observadores entren realmente en una región del espacio-tiempo donde su futuro no estaba determinado de forma única. Este principio, propuesto por primera vez hace 40 años por el físico Roger Penrose , mantiene una sacrosanta idea - determinismo [causa y efecto] - 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, dice el becario posdoctoral de UC Berkeley Peter Hintz , los cálculos matemáticos 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 mundo no hoyo negro determinista
Cómo sería la vida en un espacio donde el futuro era impredecible no está claro. Pero 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. Él dijo:
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. Esta es una pregunta en la que uno realmente solo puede estudiar matemáticamente, pero tiene implicaciones físicas, casi filosóficas, lo que lo hace muy interesante.
Hintz y sus colegas publicaron un artículo que describe estos inusuales agujeros negros en enero de 2018 en la revista Physical Review Letters .
Más allá del horizonte de eventos
Los agujeros negros son objetos extraños que toman su nombre del hecho de que nada puede escapar de su gravedad, ni siquiera la luz. Si se aventura demasiado cerca y cruza el llamado horizonte de eventos, nunca escapará.
Para pequeños agujeros negros, nunca sobrevivirías a un acercamiento tan cerrado de todos modos. Las fuerzas de marea cercanas al horizonte de sucesos son suficientes para spaghettify cualquier cosa: es decir, estirarlo hasta que sea una cadena de átomos.
Imagen fija tomada de una animación de Andrew Hamilton, basada en la simulación de supercomputación de John Hawley.
Pero para los grandes agujeros negros, como los objetos supermasivos en los núcleos de galaxias como la Vía Láctea, que pesan decenas de millones o miles de millones de veces la masa de una estrella, cruzar el horizonte del evento sería, bueno, sin 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 llega al centro, o 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 -quien nunca podría comunicar lo que encontró al mundo exterior- podría encontrar algunos hitos raros y mortales. Hintz estudia un tipo específico de agujero negro, un agujero negro estándar, no giratorio con una carga eléctrica, y tal objeto tiene un 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.
Como dice el argumento, 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 caen 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 sobre la vida del universo golpea el horizonte de Cauchy al mismo tiempo, destruyendo al observador que llega tan lejos.
No puedes ver para siempre en un universo en expansión
Hintz se dio cuenta, sin embargo, 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.
Diagrama espaciotemporal del colapso gravitacional de una estrella esférica cargada para formar un agujero negro cargado. Un observador que viaja a través del horizonte de eventos eventualmente encontrará el horizonte de Cauchy, el límite de la región del espacio-tiempo que puede predecirse a partir de los datos iniciales. Hintz y sus colegas encontraron que una región del espacio-tiempo, denotada por un signo de interrogación, no puede predecirse a partir de los datos iniciales en un universo con expansión acelerada, como la nuestra. Esto viola el principio de una fuerte censura cósmica. Imagen a través de APS / Alan Stonebraker.
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 tiempodentro del agujero negro, y para ciertas situaciones, lo cancela por completo. En esos casos, concretamente, agujeros negros lisos y no giratorios con una gran carga eléctrica, los llamados agujeros negros Reissner-Nordström-de Sitter , un observador podría sobrevivir al pasar por el horizonte de Cauchy y entrar en un mundo no determinista. Hintz dijo:
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.
Hintz notó 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 por completo y vivir para siempre en un universo desconocido.
Ciertamente, dijo, 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, llamados agujeros negros Kerr-Newman-de Sitter , se comportarían de la misma manera. Hintz dijo:
Eso es perturbador, la idea de que podrías partir con una estrella cargada eléctricamente que se colapsa a un agujero negro, y luego Alice viaja dentro de este agujero negro y si los parámetros del agujero negro son lo suficientemente extremos, podría ser que ella simplemente puede cruzar el horizonte de Cauchy, sobrevive y alcanza una región del universo donde, conociendo el estado inicial completo de la estrella, no podrá decir lo que va a suceder. Ya no está determinado únicamente por el conocimiento total de las condiciones iniciales. Es por eso que es muy problemático.
El artículo de Hintz ya ha suscitado otros documentos, 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. Él dijo:
La gente había sido complaciente durante unos 20 años, desde mediados de los años 90, esa fuerte censura cosmológica siempre se verifica. Desafiamos ese punto de vista.
En pocas palabras: un matemático de UC Berkeley sugiere que hay algunos tipos de agujeros negros en los que la ley del determinismo se rompe.
