2 feb. 2014

Tres formas en que un astronauta podría caer hacia un agujero negro

Como todos sabemos en estos días Stephen Hawking ha postulado un cambio en cómo podrían ser los agujeros negros. Como se ha leído en muchos artículos posteriores, él no dijo que no existían, sino que el horizonte de sucesos debería ser un horizonte aparente. En este artículo se verá cuál podría ser uno de los tres destinos si un astronauta “cayese” hacia un agujero negro.
Quiérase o no, todavía los agujeros negros presentan más incógnitas que certezas y se requiere mucho trabajo (teórico y práctico) para profundizar en su comprensión. 
La Teoría de la Relatividad General afirma que los agujeros negros poseen una fuerza gravitatoria tan intensa que curvan el espacio-tiempo de tal manera que ni siquiera los rayos de luz pueden escapar del pozo gravitatorio. Este límite en el espacio-tiempo en el cual la luz no puede escapar, es conocido como horizonte de sucesos. Pero como Hawking postula ahora que este horizonte de sucesos no existiría como tal, sino que sería una región difusa, ocurre que ahora la luz podría hacer cosas inusuales, tales como escapar del agujero negro.
En primer lugar, vamos a explicar la visión convencional de cómo funcionan los agujeros negros. Una manera de ilustrar esto es suponer que una persona, un astronauta, está cayendo hacia el agujero negro que lo tironea gravitatoriamente.

Representación artística de un agujero negro.
Crédito: By NASA/JPL-Caltech [Public domain], via Wikimedia Commons
Según la Teoría General de la Relatividad, el astronauta no sentiría absolutamente nada al atravesar el horizonte de sucesos, pues éste es una región más del espacio-tiempo que nada tiene de especial con respecto a otras regiones. Pero, la extrema gravedad que reina en el interior del horizonte de sucesos, mientras el astronauta se acerca a la singularidad (región de curvatura cero y, por lo tanto, de densidad infinita siempre que haya algo de materia) haría que el astronauta se estirara de manera inaudita ocupando en cuestión de un tiempo arbitrariamente pequeño (que depende de la masa del agujero negro) una longitud también arbitraria. Este proceso es conocido por los físicos como o la extrema gravedad en el interior del agujero negro sería estirar el cuerpo del astronauta más y más delgado, un proceso conocido como caprichosamente "espaguetización" ("spaghettification."). En otras palabras, el astronauta se vería como un fideo, un spaguetti de algunos átomos de espesor y cientos de miles de kilómetros de longitud. 
Finalmente, al llegar a la singularidad sería aplastado por ella y caería dentro del agujero negro en sí.

Representación artística de un agujero negro succionando material de la
superficie de una estrella. By NASA/CXC/M.Weiss 
(http://www.sun.org/images/black-hole-cygnus-x-1) 
[Public domain], via Wikimedia Commons
Según la Mecánica Cuántica, toda la información original del objeto que traspase el horizonte de sucesos se destruye, de modo que el astronauta dejaría de existir con solo traspasar el horizonte de sucesos. Pero la física cuántica, la mejor descripción hasta ahora de cómo el universo se comporta en un nivel subatómico, incluye un principio conocido básico que afirma que la información no puede ser destruida. De modo que la singularidad del agujero negro debería dejar escapar algo de información hacia el mundo exterior. Para resolver esta contradicción, algunos físicos sugieren que los agujeros negros poseen "firewalls" o muros de fuego en sus horizontes de sucesos. Estas son zonas de radiación extraordinariamente destructiva. En este escenario, nuestro astronauta sería incinerado inmediatamente al cruzar el horizonte de sucesos, como lo haría cualquier cosa que cae en un agujero negro. La radiación liberada por el firewall preservaría información acerca de los objetos destruidos, los astronautas, por ejemplo.

Esquema de cómo se vería un agujero negro. 
Crédito: By NASA [Public domain], via Wikimedia Commons
La hipótesis de Hawking intenta resolver la contradicción entre las dos grandes teorías. Los muros de fuego o firewalls están en concordancia con la física cuántica, pero contradicen los principios de la Relatividad General (una de las teorías más probadas hasta la fecha). En concreto, uno de los principios de la relatividad afirma que los objetos no experimentan peso si se encuentran en caída libre, por lo que el astronauta que cayera hacia el agujero negro no se percataría del traspaso del horizonte de sucesos, nada especial ocurriría allí.
Es aquí donde entra Stephen Hawking haciendo uso de los horizontes aparentes que, cabe aclarar ya se postularon en los años 1980 y se explica muy claramente en esta entrada. Entonces, esta idea vendría a resolver el problema de los agujeros negros desafiando el principio de equivalencia mediante la supresión de su horizonte de sucesos.
En lugar de un horizonte de sucesos, dice, los agujeros negros tienen "horizontes aparentes" que atrapan sólo temporalmente la materia y la energía, que se liberan con el tiempo en forma de radiación que conserva toda la información original acerca de lo que cayó en el agujero negro, aunque no de la manera ordenada original. De modo que el astronauta atravesaría el horizonte aparente, no se calcinaría a causa del muro de fuego y volvería a salir al tiempo. En realidad, lo que saldría sería la información, totalmente  enmarañada y desordenada, de lo que era el astronauta.
Esta, por supuesto, no es la última palabra pues muchos investigadores se mostraron escépticos como se menciona al final de este artículo y algunos otros son los siguientes:
El físico teórico Sean Carroll , del Instituto de Tecnología de California, que no participó en el estudio de Hawking advirtió que el público cree que Hawking ha dado con una solución drástica al problema de los agujeros negros, pero que en realidad el problema está lejos de resolverse por el momento.
Por otra parte, el físico teórico Leonard Susskind de la Universidad de Stanford, en California, que tampoco participó en la investigación de Hawking, sugiere que puede haber otra solución a los enigmas que los agujeros negros representan.
El trabajo de Susskind y Juan Maldacena , del Instituto de Estudios Avanzados da indicios de que un fenómeno conocido como entrelazamiento cuántico podría unir dos agujeros negros a través de un agujero de gusano (un atajo que conecta puntos distantes en el espacio y el tiempo). Esta línea de pensamiento podría servir como base para la investigación que podría resolver la controversia firewall, dijo Susskind.
De modo que los misterios que rodean a los agujeros negros están, por el momento, lejos de resolverse.

Traducido y adaptado por Mariano Miguel Lanzi de:

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