La paradoja de los agujeros negros

Seguro que lo has oído más de una vez. Si cayeses en un agujero negro, morirías al instante (con variaciones, quizá que sucedería después de estirarte como si fueses un espagueti, o cosas similares). Pero lo cierto es que en realidad, lo que pasaría sería bastante más extraño…

¿Qué sucede cuando caes en un agujero negro?

Si caes en un agujero negro, no hay marcha atrás.
Crédito: Science Photo Library

Si te decantas por el ejemplo clásico (la inmensa gravedad te aplastaría) te equivocarías… pero sólo en parte. La realidad funciona de una manera extraña cuando  tenemos que intentar determinar qué sucede en el interior de un agujero negro. De hecho, podría decirse que se divide en dos. En una, como durante mucho tiempo te han hecho creer, te incineras instantáneamente; en la otra, sin embargo, atraviesas el agujero negro sin sufrir ningún daño. Nada, absolutamente nada.

Ya sabemos que los agujeros negros son lugares donde las leyes de la física dejan de funcionar. El horizonte de sucesos (la capa más externa, por decirlo así) es el punto en el que la fuerza gravitacional contarresta la velocidad de la luz. Es decir, más allá de este punto no hay retorno (ni para la luz, ni para ti). Es un lugar que rebosa energía. Los efectos cuánticos crean corrientes de partículas calientes que radian su energía de vuelta al universo. Es lo que conocemos como la radiación de Hawking (en honor al célebre físico Stephen Hawking, que predijo su existencia). Si pasa el suficiente tiempo, el agujero negro termina radiando toda su masa y desaparece.

A medida que nos adentramos en el agujero negro, el espacio va curvándose cada vez más hasta que, en el centro, adquiere una curvatura infinita. Es la singularidad. Un punto teórico en el que el espacio y el tiempo dejan de ser conceptos válidos, y las leyes de la física (todas requieren espacio y tiempo) dejan de funcionar. ¿Qué sucede ahí? ¿Vamos a otro universo? ¿No pasa nada? Sencillamente, no lo sabemos. Sólo podemos elaborar teorías y conceptos al respecto, sin forma alguna de verificarlo (al menos de momento).

Para poder explicar mejor qué podría pasar cuando caes en un agujero negro, vamos a necesitar a otra persona. Un observador que se quede a este lado del agujero negro en cuestión.

La gran paradoja

Esto es una simulación de un agujero negro frente a la Gran Nube de Magallanes.
Crédito: Usuario «Alain r» de Wikipedia.

Para nuestro observador que se queda aquí, desde su punto de vista, lo que parece es que a medida que aceleras hacia el horizonte de sucesos, tu cuerpo se estira y se retuerce sobre sí mismo, como si te estuviese viendo con una lupa gigantesca. A medida que te acercas al horizonte de sucesos, parece que te mueves más y más lentamente. No podrías comunicarte con ese observador de ninguna manera (no hay aire en el espacio, recuerda) pero podrías intentar hacer señales de luz. Sin embargo, esas señales llegarían cada vez con más y más lentitud.

Al llegar al horizonte de sucesos, nuestro observador vería cómo te detienes, como si todo se hubiese parado, estirado (o estirada) a lo largo y ancho de la superficie del horizonte, mientras te comienza a devorar un calor infernal. Es decir, para la persona que se queda a este lado del agujero negro, parece que el estiramiento del espacio, la detención del tiempo, y el fuego de la radiación de Hawking han dado buena cuenta de ti. Antes de que puedas cruzar el agujero negro, no queda nada de ti (bueno, cenizas, pero para el caso…).

La galaxia Centaurus A (como muchas otras) tiene un agujero negro.
Crédito: ESO/WFI (Optical); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (Submillimetre); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (X-ray)

Pero, ¿qué pasa si cambiamos el punto de vista? Si en vez de utilizar a nuestro observador como referencia para saber qué sucede, te utilizamos a ti… la respuesta es aun más extraña. Nada. No te pasa absolutamente nada. Atraviesas el lugar más caótico del universo sin sentir ni una turbulencia (y desde luego ningún tipo de estiramiento, ralentización o radiación calcinadora). Estás en caída libre, y por tanto no sientes el efecto de la gravedad.

¿Por qué? El horizonte de sucesos no es un muro flotante en el espacio. Es un producto de la perspectiva. Nuestro observador fuera del agujero negro no puede ver a través de él, pero en este caso, a ti no te afecta lo más mínimo. Para ti no hay horizonte alguno a la vista. Bueno, en realidad, para ti no hay ninguna consecuencia negativa porque estamos hablando de un agujero negro gigantesco, uno millones de veces más masivo que el Sol, así que las fuerzas que podrían estirarte y retorcerte son lo suficientemente débiles como para ser ignoradas. Si fuese más pequeño, sí, es posible que las consecuencias no fueran demasiado agradables…

Podrías vivir dentro de un agujero negro

Nuestra propia Vía Láctea alberga un agujero negro supermasivo en el centro.

Si fuese lo suficientemente grande, podrías vivir el resto de tu vida dentro de un agujero negro con bastante normalidad hasta llegar a la singularidad (que, por otro lado, no es muy diferente a lo que vivimos en nuestro día a día, ya que no podemos dar la vuelta y retroceder en el tiempo).

Pero, ¿qué pasa con nuestro observador? Si hemos quedado en que tú, dentro del agujero negro, estás bien, de una pieza y rodeado, únicamente, por espacio vacío, ¿por qué cree que te has convertido en un montón de ceniza en el horizonte?

Desde su punto de vista, es lo que ha pasado. Es más, nuestro observador podría recuperar tus restos y mandarlos de vuelta a la Tierra. Aquí es donde las cosas se vuelven aun más confusas. Desde la perspectiva de nuestro observador, las leyes de la naturaleza obligan a que permanezcas fuera del agujero negro. La física cuántica dice que la información nunca puede perderse. Cada bit de información que da muestra de tu existencia tiene que permanecer fuera del horizonte de sucesos, o las leyes de la física de nuestro observador se romperían.

Sólo las estrellas más masivas tienen suficiente masa como para explotar y crear un agujero negro. Betelgeuse, en esta imagen, no es lo suficientemente masiva.

Al mismo tiempo, las leyes de la física también dicen que tienes que atravesar el horizonte de sucesos sin encontrarte nada fuera de lo común. De otro modo, estaríamos rompiendo las leyes de la relatividad de Einstein. Así que son las propias leyes de la física las que dicen que, al mismo tiempo, tienes que estar en ambos lados del agujero negro. En uno como un puñado de cenizas, y en el otro en perfecto estado. Si rizamos el rizo un poco más, nos falta una tercera ley de la física que dice que la información no puede ser clonada. Puedes estar en dos lugares, pero sólo puede haber una copia de ti.

Los físicos denominan, a esta paradoja tan extraña, la paradoja de información del agujero negro. Por suerte para nosotros, allá por los 90 encontraron una forma de resolverla. La conclusión es que en realidad no hay paradoja alguna, porque ninguna persona vería a tu clon. Es decir, nuestro observador sólo ve una copia de ti (tus restos al borde del agujero negro), tú sólo ves una copia de ti en el interior, y no hay un tercer observador que pueda ver dentro y fuera del agujero negro al mismo tiempo, por lo que no se rompe ninguna ley de la física.

Todas las historias son ciertas… a su manera

Dos partículas separadas por una enorme distancia pueden estar entrelazadas y compartir información.
Crédito: Victor de Schwanberg/SPL

Si decides que quieres tocar las narices, siempre puedes hacer la preguntita de marras. ¿Cuál es mi estado en realidad? En ambos casos (el observador fuera del agujero negro y tú en el interior) no hay una respuesta definitiva, ambas son correctas, al menos en teoría. La mecánica cuántica, sin embargo, nos cuenta que existe algo llamado entrelazamiento cuántico. Este entrelazamiento, básicamente dice que cuando dos grupos de partículas están separados en el espacio, están entrelazadas. Es decir, son parte de un mismo todo, de tal manera que la información necesaria para describirla no se puede encontrar en un sólo grupo de partículas, si no que es necesario examinar esas líneas de entrelazamiento cuántico que las conectan.

Si nuestro observador pudiese examinar la información de tus partículas, podría dar con la respuesta correcta. Si resulta que, efectivamente, no has sobrevivido al viaje a través del agujero negro, entonces la teoría de la relatividad pierde (y tú también, dicho sea de paso). Si resulta que, por el contrario, esas partículas están conectadas con otras en el interior del agujero negro y que, por tanto, has sobrevivido, pierden las leyes de la mecánica cuántica.

No existe ningún tipo de tecnología que nos permita realizar un estudio así. Es más, el grupo de físicos que planteó el entrelazamiento cuántico como posible respuesta, determinó en 2013 que la calculadora más potente, que podría construirse dentro de las leyes de la física, tardaría tanto en realizar el cálculo que el agujero negro se habría desvanecido mucho antes de dar con la respuesta.

Lo único que nos deja todo esto en claro es que los agujeros negros seguirán siendo enigmáticos durante mucho tiempo. Pero, si un día damos con la respuesta, probablemente abramos las puertas a una teoría sobre el universo mucho más profunda que la actual. Una teoría que permita unificar las demás para poder explicar el funcionamiento del mundo que nos rodea sin entrar en paradojas.

Referencia: BBC