Carlo Rovelli se pregunta: ¿A dónde van las cosas que caen en un agujero negro?
Updated: Jan 23, 2022
En un extracto de su último libro, la superestrella de la física propone una respuesta.
Hay algo paradójico en lo que sabemos sobre los agujeros negros. Se han convertido en objetos "normales" para los astrónomos. Los astrónomos los observan, los cuentan y los miden. Se comportan exactamente como lo predijo la teoría de Einstein hace un siglo, cuando nadie soñaba que pudieran existir realmente objetos tan peculiares. Por lo tanto, están bajo control. Y, sin embargo, siguen siendo totalmente misteriosos.
Por un lado, tenemos una hermosa teoría, la de la relatividad general, confirmada de forma espectacular por las observaciones astronómicas, que explica perfectamente lo que ven los astrónomos: estos monstruos que se tragan las estrellas giran en vórtices y producen rayos inmensamente potentes y otras diabluras. El universo es sorprendente, multiforme, lleno de cosas cuya existencia nunca habíamos previsto ni imaginado, pero comprensible. Por otro lado, queda una pequeña pregunta del tipo de las que se especializan los niños cuando los adultos se entusiasman demasiado: "Pero, ¿a dónde va todo el material que vemos caer en un agujero negro?".
Y aquí es donde las cosas se ponen difíciles. La teoría de Einstein proporciona una descripción matemática precisa y elegante incluso del interior de los agujeros negros: indica el camino que debe seguir la materia que cae en un agujero negro. La materia cae cada vez más rápido hasta llegar al punto central. Y entonces... entonces las ecuaciones de Einstein pierden todo su sentido. Ya no nos dicen nada. Parecen derretirse como la nieve bajo el sol. Las variables se vuelven infinitas y nada tiene sentido. Ouch!
¿Qué pasa con la materia que cae en el centro del agujero? No lo sabemos.
A través de nuestros telescopios la vemos caer, y seguimos mentalmente su trayectoria hasta que casi llega al centro, y entonces no tenemos conocimiento de lo que ocurre después. Sabemos en qué consisten los agujeros negros, tanto por fuera como por dentro, pero falta un detalle crucial: el centro. Pero no es un detalle insignificante, porque todo lo que cae (y en los agujeros negros que observamos en el cielo, las cosas siguen cayendo) acaba en el centro. El cielo está lleno de agujeros negros en los que podemos ver cómo desaparecen las cosas... pero no sabemos qué pasa con ellas.
Los caminos tomados para explorar las respuestas a esta pregunta han sido hasta ahora aventurados. ¿Quizás, por ejemplo, la materia surge en otro universo? ¿Quizás incluso nuestro propio universo comenzó así, emergiendo a través de un agujero negro abierto en uno anterior? ¿Quizás en el centro de un agujero negro todo se funde en una nube de probabilidad donde el espacio-tiempo y la materia ya no significan nada? O tal vez los agujeros negros irradian calor porque la materia que entra en ellos se transforma misteriosamente, a lo largo de zillones de años, en calor.
"¿Qué ocurre con la materia que cae en el centro del agujero? No lo sabemos"
En el grupo de investigación con el que trabajo en Marsella, junto con colegas de Grenoble y de Nijmegen (Países Bajos), estamos explorando una posibilidad que nos parece más sencilla y más plausible: la materia se ralentiza y se detiene antes de llegar al centro. Cuando está más concentrada, se desarrolla una tremenda presión que impide su colapso final. Esto es similar a la "presión" que impide que los electrones caigan en los átomos: es un fenómeno cuántico. La materia deja de caer y forma una especie de estrella extremadamente pequeña y extremadamente densa: una "estrella de Planck". Entonces ocurre algo que siempre le pasa a la materia en estos casos: rebota.
Rebota como una pelota que cae al suelo. Como la pelota, rebota a lo largo de la trayectoria de la caída, en sentido temporal inverso, y así el agujero negro se transforma (por "efecto túnel", como decimos en la jerga) en su contrario: un agujero blanco.
¿Un agujero blanco? ¿Qué es un agujero blanco? Es otra solución a las ecuaciones de Einstein (como lo son los agujeros negros) sobre la que mi libro de texto universitario dice que "no hay nada parecido en el mundo real"... Es una región del espacio en la que no puede entrar nada, pero de la que salen cosas. Es la inversión temporal de un agujero negro. Un agujero que explota.
Pero entonces, ¿por qué vemos que la materia cae en los agujeros negros pero no la vemos rebotar inmediatamente hacia fuera? La respuesta -y este es el punto crucial sobre lo que estamos tratando- está en la relatividad del tiempo. El tiempo no transcurre a la misma velocidad en todas partes. Todos los fenómenos físicos son más lentos a nivel del mar que en la montaña. El tiempo se ralentiza si estoy más abajo, donde la gravedad es más intensa. En el interior de los agujeros negros la fuerza de la gravedad es extremadamente fuerte, y como resultado se produce una feroz ralentización del tiempo. El rebote de la materia que cae ocurre rápidamente si es visto por alguien cercano, si podemos imaginar que alguien se aventura en un agujero negro para ver cómo es por dentro. Pero visto desde fuera, todo parece estar ralentizado. Enormemente ralentizado. Vemos que las cosas desaparecen y se desvanecen de la vista durante un tiempo extremadamente largo. Visto desde fuera, todo parece congelado durante millones de años, exactamente como percibimos los agujeros negros que podemos ver en el cielo.
Pero un tiempo extremadamente largo no es un tiempo infinito y, si esperáramos lo suficiente, veríamos salir la materia. En última instancia, un agujero negro quizá no sea más que una estrella que se colapsa y luego rebota, en cámara extremadamente lenta cuando se ve desde fuera.
Esto no es posible en la teoría de Einstein, pero entonces la teoría de Einstein no tiene en cuenta los efectos cuánticos. La mecánica cuántica permite a la materia escapar de su trampa oscura.
¿Después de cuánto tiempo? Después de un tiempo muy corto para la materia que ha caído en el agujero negro, pero después de uno extremadamente largo para los que lo observamos desde fuera.
Así que esta es la historia completa: cuando una estrella como el sol, o un poco más grande, deja de arder porque ha consumido todo su hidrógeno, el calor ya no genera suficiente presión para contrarrestar su peso. La estrella colapsa sobre sí misma y, si es lo suficientemente pesada, produce un agujero negro y cae en él. Una estrella de las dimensiones del Sol, es decir, miles de veces mayor que la Tierra, generaría un agujero negro de un kilómetro y medio de diámetro.
Carlo Rovelli es un físico de la Universidad de Aix-Marsella (Francia) (Jamie Stoker)
Imagínelo: todo el sol contenido en el volumen de una colina. Son los agujeros negros que podemos observar en el cielo. La materia de la estrella sigue su curso en su interior, adentrándose cada vez más hasta alcanzar el monstruoso nivel de compresión que le hace rebotar. Toda la masa de la estrella se concentra en el espacio de una molécula. Aquí entra en acción la fuerza cuántica de repulsión, y la estrella rebota inmediatamente y comienza a explotar. Para la estrella, sólo han transcurrido unas centésimas de segundo. Pero la dilatación del tiempo causada por el enorme campo gravitatorio es tan extremadamente fuerte que cuando la materia empieza a resurgir, en el resto del universo, han pasado decenas de miles de millones de años.
¿Es realmente así? No lo sé con seguridad. Creo que bien podría serlo. Las alternativas me parecen menos plausibles. Pero podría estar equivocado. Intentar averiguarlo, aun así, es un placer.
En otro extracto, "Copérnico y Bolonia", Rovelli escribe sobre el valor de la educación universitaria
...También encontré algo más en Bolonia, cuando estudié allí en los años setenta: un encuentro con ese espíritu de mi generación, una generación que pretendía cambiarlo todo, que soñaba con inventar nuevas formas de pensar, de convivir y de amar. La universidad estuvo ocupada durante varios meses por estudiantes comprometidos políticamente. Me involucré con los amigos de Radio Alice, la emisora independiente que se había convertido en la voz de la revuelta estudiantil.
En las casas que compartíamos, alimentábamos el sueño adolescente de empezar de cero, de rehacer el mundo desde cero, de reconvertirlo en algo diferente y más justo. Un sueño bastante ingenuo, sin duda, siempre destinado a encontrarse con la inercia de lo cotidiano; siempre susceptible de sufrir una gran decepción. Pero era el mismo sueño que Copérnico había encontrado en Italia a principios del Renacimiento. El sueño no sólo de Leonardo y de Einstein, sino también de Robespierre, de Gandhi y de Washington: sueños absolutos que a menudo nos catapultan contra un muro, que con frecuencia están mal orientados, pero sin los cuales no tendríamos nada de lo mejor de nuestro mundo actual.
"Un agujero negro quizá no sea más que una estrella que se colapsa y rebota a cámara extremadamente lenta"
¿Qué puede ofrecernos ahora la universidad? Puede ofrecer la misma riqueza que encontró Copérnico: el conocimiento acumulado del pasado, junto con la idea liberadora de que el conocimiento puede transformarse y convertirse en transformador.
Este es, en mi opinión, el verdadero significado de una universidad. Es la casa del tesoro en la que se protege con devoción el conocimiento humano, proporciona la sangre vital de la que depende todo lo que sabemos en el mundo, y todo lo que queremos hacer. Pero también es el lugar donde se alimentan los sueños: donde tenemos el valor juvenil de cuestionar ese mismo conocimiento, para seguir adelante, para cambiar el mundo.
Estos extractos están tomados del libro "Hay Lugares en el Mundo Donde las Reglas son Menos Importantes que la Bondad", publicado por Allen Lane el 5 de noviembre en el Reino Unido. A continuación se incluye una reseña
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