En el mundo real, el pasado determina el futuro. Si sabes cómo comenzó el universo, puedes calcular cuál será su futuro. Pero, un estudio plantea que algunos agujeros negros borran el pasado, lo que impediría conocer el futuro… ¿qué quiere decir?

Algunos agujeros borran el pasado… una idea interesante

Algunos agujeros negros borran el pasado
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Ilustración de un joven agujero negro.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Un matemático ha descubierto que hay un tipo de agujeros negros en los que no es posible determinar el futuro a partir de su pasado. En algunos medios, esto lo han titulado con un «los agujeros negros borran el pasado y permiten futuros infinitos». Hay que decir que esto no es enteramente cierto, y en el artículo veremos por qué. Si alguien atravesase uno de estos agujeros negros, podría sobrevivir. Sin embargo, su pasado sería desintegrado y podrían tener una cantidad infinita de posibles futuros.

No es la primera vez que se afirma que algunos agujeros negros borran el pasado. Hasta ahora, los físicos siempre han recurrido a la explicación de que algo impediría que sucediese. Quizá incluso algo catastrófico, como la muerte del sujeto. El caso es que, de un modo u otro, el universo impediría que un observador entrase en una región del espacio-tiempo donde su futuro no estuviese determinado.

Este principio fue planteado, hace 40 años, por el físico Roger Penrose. Mantiene una idea fundamental, el determinismo, sobre cualquier teoría física. Es decir, dado un pasado y presente, las leyes de la física del universo no permiten que haya más de un futuro. De ahí que esta investigación esté resultando tan llamativa. Pero, como decía, solo podemos decir que algunos agujeros negros borran el pasado, no todos.

Un tipo de agujero negro… teórico

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Esta imagen es una simulación de cómo veríamos la Gran Nube de Magallanes si hubiese un agujero negro entre nuestro planeta y la galaxia.
Crédito: Alain R./Wikipedia

Toda esta idea gira en torno a un detalle importante. Los agujeros negros van en contra de ese principio determinista al que hacía referencia. No sabemos qué sucede en el interior de un agujero negro. Son, casi literalmente, no deterministas. Según Peter Hintz, el investigador de este estudio, hay cálculos matemáticos que, para ciertos tipos específicos de agujeros negros, muestran un panorama diferente. Eso sí, solo en algunas condiciones.

En un universo como el nuestro, que está en expansión y en aceleración, en esos agujeros negros se podría sobrevivir al paso de un mundo determinista (nuestro universo) a un mundo no determinista (el interior del agujero negro). ¿Cómo sería la vida en un espacio en el que el futuro fuese impredecible? Es difícil saberlo. Eso sí, todo esto no quiere decir que la teoría de la relatividad general de Einstein esté equivocada.

Se trata de una cuestión más matemática que otra cosa. A fin de cuentas, ningún físico va a viajar al interior de un agujero negro. Aunque sí que, matemáticamente, en palabras de Hintz, hace que las ecuaciones de Einstein sean todavía más interesantes. Es algo que solo se puede estudiar por medio de las matemáticas, pero tiene implicaciones físicas que resultan intrigantes. Abre la posibilidad de que la ideal determinismo no sea tan firme como se pensaba.

Entrando en un agujero negro

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Esta simulación por ordenador muestra un agujero negro supermasivo en el núcleo de una galaxia.
Crédito: NASA, ESA, y D. Coe, J. Anderson, y R. van der Marel (STScI)

Los agujeros negros son objetos extraños. Reciben su nombre, como quizá sepas, del hecho de que nada puede escapar de su gravedad. Ni siquiera la luz. Si te acercas demasiado y atraviesas el horizonte de sucesos, no podrías escapar. En el caso de agujeros negros, tampoco podríamos sobrevivir. La gravedad cerca del horizonte de eventos es más intensa que a mayor distancia, por lo que nos espaguetificaría.

Es decir, nos convertiría en una larga cadena de átomos. En el caso de los agujeros negros supermasivos, sin embargo, el panorama es diferente. Estos objetos, que están en el centro de la mayoría de galaxias, como la Vía Láctea, tienen millones de veces la masa de estrellas como el Sol. Son mucho más grandes que los agujeros negros creados por una estrella al final de su vida. Así que atravesar su horizonte de sucesos es completamente posible.

Un agujero negro supermasivo puede tener millones de kilómetros de diámetro. Así que la diferencia de gravedad entre los pies y la cabeza es mínima. Así que debería ser posible sobrevivir a la transición entre nuestro mundo y el interior de un agujero negro. Por eso, los matemáticos y físicos se han preguntado, durante mucho tiempo, cómo sería lo que verías en ese caso. Para responderlo, han recurrido a las ecuaciones de la relatividad general de Einstein.

Algunos agujeros negros borran el pasado… pero son teóricos

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Concepto artístico de lo que podría ser un agujero negro supermasivo en proceso de formación.
Crédito: NASA/CXC/M. Weiss

Esas ecuaciones funcionan bastante bien… hasta que llegamos al centro del agujero negro. Allá donde se encuentra la singularidad. Una singularidad es, simplemente, una forma elegante de decir que no sabemos qué sucede. En cálculos teóricos, lo que sucede al llegar allí es que la curva del espacio-tiempo se vuelve infinita. Dicho de otra manera, nuestra comprensión de la física deja de funcionar en ese lugar.

Pero, incluso antes de llegar a esa singularidad, alguien que se adentrase en un agujero negro sería incapaz de comunicarse con el mundo exterior. Además, en este caso, se encontrarían con algunos fenómenos bastante extremos. Peter Hintz no estudia los agujeros negros tradicionales (por llamarlos de alguna manera). Sino uno muy específico, un agujero negro estándar, pero sin rotación y con carga eléctrica.

Seamos claros: este tipo de agujeros negros son posibles matemáticamente. Sin embargo, nunca se han observado en la naturaleza. En cualquier caso, en este tipo de agujeros negros, dentro del horizonte de eventos hay otro, llamado horizonte de Cauchy. Es el lugar en el que el determinismo se rompe. Donde el pasado deja de determinar el futuro. Sobre ese lugar, físicos como Penrose siempre han dicho que ningún observador podría atravesarlo. Sería aniquilado en el horizonte de Cauchy.

Una explicación mortífera

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

Así que algunos agujeros negros borran el pasado. Pero resulta que hemos establecido que se trata de agujeros negros teóricos. Como no suceden en la naturaleza, no podemos decir que esté sucediendo en el universo. En cualquier caso, el argumento es bastante sencillo de comprender. A medida que un observador llega al horizonte, el tiempo se ralentiza. Transcurre más lentamente en un campo gravitatorio intenso.

A esto hay que sumarle que la luz, las ondas gravitacionales y todo lo que caiga en el agujero negro, irán inevitablemente hacia el horizonte de Cauchy. Así que un observador que cayese en él, tarde o temprano vería toda esa energía al mismo tiempo. Es decir, toda la energía que el agujero negro capturaría durante la vida del universo, golpearía el horizonte de Cauchy, aniquilando a cualquier observador que pudiese llegar hasta ese punto.

Al menos, esa es la explicación sobre por qué no podría suceder. Peter Hintz, sin embargo, cree que ese principio quizá no funcione en un universo que, como es el caso del nuestro, está en expansión y en aceleración. El espaciotiempo está cada vez más separado. De tal manera que la mayoría del universo lejano no afectará nunca al agujero negro, porque la energía no puede viajar más rápido que la luz (300.000 km/s).

Menos energía de lo pensado

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La galaxia NGC 4889, el hogar del agujero negro supermasivo más grande conocido hasta el momento, con una masa de 21.000 millones de soles.
Crédito: NASA

De hecho, la energía que puede caer en el agujero negro es solo aquella que está en dentro del horizonte observable. Es decir, el volumen del universo que el agujero negro puede «ver» a lo largo de su existencia. Esto quizá suene algo enrevesado, pero podemos enfocarlo de una manera mucho más simple. Quizá hayas oído hablar del universo observable. Cuando lo usamos, hacemos referencia al universo que podemos observar.

Es una esfera que tiene un diámetro de unos 93.000 millones de años-luz (mucho mayor que la edad del universo porque hay que tener en cuenta la expansión del cosmos). Para nosotros, el tamaño del universo observable es mayor que esos 13.800 millones de años-luz que podemos mirar hacia el pasado. También incluye todo lo que podremos ver en el futuro. Porque la expansión del universo impedirá que podamos ver un horizonte más allá de 46.500 millones de años-luz.

Esto quiere decir que la expansión del universo contrarresta esa ralentización del tiempo del interior de un agujero negro. En ciertas situaciones, la cancela por completo. ¿En qué casos? Pues, específicamente los de los agujeros negros sin rotación y con carga eléctrica. Los que estudia Peter Hintz. Por si te interesa, se les denomina agujeros negros Reissner-Nordström-de Sitter. Así que, en ese tipo de agujero negro, alguien podría atravesar el horizonte de Cauchy y ver un mundo no determinista.

 

Un descubrimiento intrigante

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Esta animación muestra cómo la gravedad de un agujero negro distorsiona la luz de un objeto distante.
Crédito: Usuario «Urbane Legend» de Wikipedia

Según cuenta Hintz, algunas soluciones de las ecuaciones de Einstein funcionan muy bien. Todo encaja perfectamente en este tipo de agujeros negros hasta llegar al horizonte de Cauchy, e incluso más allá. El paso por el horizonte sería doloroso pero breve. A partir de ahí, cualquier cosa podría pasar. Es más, según el investigador, una persona podría evitar llegar a la singularidad central y vivir el resto de su vida en un universo desconocido.

Pero, como he dicho, y como él mismo reconoce, es poco probable que existan agujeros negros cargados, porque deberían atraer materia con carga opuesta hasta volverse neutrales (es decir, hasta perder esa carga). Sin embargo, las soluciones matemáticas pueden utilizarse para deducir que podría pasar en el interior de agujeros negros que, teniendo carga eléctrica también, sí estén en rotación. La conclusión es que funcionarían de una manera similar, pero, estos agujeros negros tampoco pueden existir.

Sin embargo, la idea es tentadora. Si hubiese una estrella, con una carga eléctrica, que colapsase sobre sí misma en un agujero negro, entonces podríamos entrar en un mundo surrealista. Si los parámetros fuesen suficientemente extremos, se podría atravesar el horizonte de Cauchy y sobrevivir. Después, se llegaría a una región del universo donde, aún sabiendo cuál era la condición inicial de la estrella, sería imposible saber qué sucedería.

Un estudio que ya ha creado otros

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Albert Einstein.
Crédito: Orren Jack Turner

La idea de que algunos agujeros negros borran el pasado es sorprendente. Hasta cierto punto, también resulta problemática. De hecho, no ha dejado indiferente a nadie. Ya han salido estudios a partir de este. En uno de ellos, se demuestra que la mayoría de agujeros negros no violan el determinismo. No lo he visto, pero imagino que hace referencia, específicamente, a los agujeros negros que sí podemos observar en la naturaleza.

Sin embargo, Peter Hintz defiende que un único caso en el que sea posible romper ese determinismo es excesivo. Considera que desde los años 90 se ha defendido que es un concepto completamente verificado, y su estudio lo pone en duda. Es difícil saber a dónde nos llevará todo esto. Sospecho que será, principalmente, a mucho trabajo teórico, pero a pocas afirmaciones que resulten realmente sorprendentes para el público general.

A fin de cuentas, no hay que olvidar que incluso lo que sucede en un agujero negro tradicional es puramente teórico. No podemos investigar un agujero negro de manera directa. Ni tenemos la tecnología para enviar una nave a uno de ellos y observar qué pasa. De momento, la teoría de la relatividad general sigue siendo la mejor forma de explicar el universo que conocemos. Pero quizá las cosas cambien (ligeramente) en los próximos años.

Referencias: Phys.org