En el mundo real, su pasado determina de manera única su futuro. Si un físico sabe cómo comienza el universo, puede calcular su futuro para todo el tiempo y todo el espacio.
Pero un matemático de UC Berkeley ha encontrado algunos tipos de agujeros negros en los que esta ley se rompe. Si alguien se aventurara en uno de estos agujeros negros relativamente benignos, podrían sobrevivir, pero su pasado sería destruido y podrían tener unnúmero infinito de futuros posibles.
Tales afirmaciones se han hecho en el pasado, y los físicos han invocado una "fuerte censura cósmica" para explicarlo. Es decir, algo catastrófico, típicamente una muerte horrible, evitaría que los observadores realmente ingresen a una región del espacio-tiempo donde susel futuro no estaba determinado de manera única. Este principio, propuesto por primera vez hace 40 años por el físico Roger Penrose, mantiene sacrosanta una idea, el determinismo, clave para cualquier teoría física. Es decir, dado el pasado y el presente, las leyes físicas del universo síNo permitir más de un futuro posible.
Pero, dice Peter Hintz, becario posdoctoral de UC Berkeley, 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 unagujero negro no determinista.
No está claro cómo sería la vida en un espacio donde el futuro era impredecible. Pero el hallazgo no significa que las ecuaciones de relatividad general de Einstein, que hasta ahora describen perfectamente la evolución del cosmos, estén equivocadas, dijo Hintz, un ClayCompañero de investigación.
"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", dijo. "Esta es una pregunta que uno realmente puedesolo estudia matemáticamente, pero tiene implicaciones físicas, casi filosóficas, lo que lo hace genial ".
"Esta ... conclusión corresponde a un grave fracaso del determinismo en la relatividad general que no se puede tomar a la ligera en vista de la importancia en la cosmología moderna", de acelerar la expansión, dijeron sus colegas de la Universidad de Lisboa en Portugal, Vitor Cardoso, João Costa y Kyriakos Destounis, y en la Universidad de Utrecht, Aron Jansen.
Como lo citó Physics World, Gary Horowitz de UC Santa Barbara, que no participó en la investigación, dijo que el estudio proporciona "la mejor evidencia que conozco de una violación de la censura cósmica fuerte en una teoría de la gravedad y el electromagnetismo".
Hintz y sus colegas publicaron un artículo que describe estos agujeros negros inusuales el mes pasado en la revista Cartas de revisión física .
más allá del horizonte de eventos
Los agujeros negros son objetos extraños que reciben 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.
De todos modos, para los agujeros negros pequeños, nunca sobrevivirías a un enfoque tan cercano. Las fuerzas de marea cercanas al horizonte de eventos son suficientes para espaciar todo: es decir, estíralo hasta que sea una cadena de átomos.
Pero para los agujeros negros grandes, como los objetos supermasivos en los núcleos de galaxias como la Vía Láctea, que pesan decenas de millones, si no miles de millones de veces la masa de una estrella, cruzar el horizonte de eventos 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 relatividad general de Einstein para predecir el mundo dentro de un agujero negroEstas ecuaciones funcionan bien hasta que un observador alcanza el centro o la 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, que nunca podría comunicar lo que encontró al mundo exterior, podría encontrar algunos hitos extraños y mortales. Hintz estudia un tipo específico de agujero negro:un agujero negro estándar, no giratorio con una carga eléctrica, y dicho objeto tiene el llamado horizonte de Cauchy dentro del horizonte de eventos.
El horizonte de Cauchy es el lugar donde se rompe el determinismo, donde el pasado ya no determina el futuro. Los físicos, incluido Penrose, han argumentado que ningún observador podría pasar por el punto del horizonte de Cauchy porque serían aniquilados.
Según el argumento, a medida que un observador se acerca al horizonte, el tiempo se ralentiza, ya que los relojes funcionan más lentamente en un campo gravitacional fuerte. A medida que la luz, las ondas gravitacionales y cualquier otra cosa que encuentre el agujero negro caen inevitablemente hacia el horizonte de Cauchy, un observador tambiéncaer hacia adentro eventualmente vería toda esta energía aporreando al mismo tiempo. En efecto, toda la energía que ve el agujero negro durante la vida del universo golpea el horizonte de Cauchy al mismo tiempo, destruyendo a cualquier observador que llegue tan lejos.
No puedes ver para siempre en un universo en expansión
Hintz se dio cuenta, sin embargo, que esto puede no aplicarse en un universo en expansión que se está acelerando, como el nuestro. Debido a que el espacio-tiempo se está separando cada vez más, gran parte del universo distante no afectará en absoluto el agujero negro, ya que esa energíano puede viajar más rápido que la velocidad de la luz.
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 en el transcurso de su existencia. Para nosotros, por ejemplo, elEl 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 aceleración de la expansión del universo nos impedirá ver más allá de un horizonte de unos 46.500 millones de años luz..
En ese escenario, la expansión del universo contrarresta la amplificación causada por la dilatación del tiempo dentro del agujero negro y, en ciertas situaciones, la cancela por completo. En esos casos, específicamente, agujeros negros suaves y no giratorios con una gran corriente eléctricacarga, los llamados agujeros negros de Reissner-Nordström-de Sitter: un observador podría sobrevivir pasando a través del horizonte de Cauchy y en un mundo no determinista.
"Hay algunas soluciones exactas de las ecuaciones de Einstein que son perfectamente suaves, sin torceduras, sin fuerzas de marea que van al infinito, donde todo se comporta perfectamente hasta este horizonte de Cauchy y más allá", dijo, señalando que el paso a travésel horizonte sería doloroso pero breve: "Después de eso, todas las apuestas están canceladas; en algunos casos, como un agujero negro Reissner-Nordström-de Sitter, uno puede evitar la singularidad central por completo y vivir para siempre en un universo desconocido".
Es cierto, dijo, es poco probable que existan agujeros negros cargados, ya que atraerían materia con carga opuesta hasta que se volvieran neutrales. Sin embargo, las soluciones matemáticas para los agujeros negros cargados se usan como indicadores de lo que sucedería dentro de los agujeros negros giratorios,que probablemente sean la norma. Hintz argumenta que los agujeros negros suaves y giratorios, llamados agujeros negros de Kerr-Newman-de Sitter, se comportarían de la misma manera.
"Eso es perturbador, la idea de que podrías salir con una estrella cargada eléctricamente que se derrumba en 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 ellasimplemente puede cruzar el horizonte de Cauchy, sobrevive a eso y llega a una región del universo donde, conociendo el estado inicial completo de la estrella, no podrá decir lo que va a suceder ", dijo Hintz." Ya no se determina de manera única.por completo conocimiento de las condiciones iniciales. Por eso es muy problemático "
Descubrió este tipo de agujeros negros al asociarse con Cardoso y sus colegas, quienes calcularon cómo suena un agujero negro cuando lo golpean las ondas gravitacionales, y cuál de sus tonos y connotaciones duró más tiempo. En algunos casos, incluso el que más sobrevivióla frecuencia decayó lo suficientemente rápido como para evitar que la amplificación convierta el horizonte de Cauchy en una zona muerta.
El artículo de Hintz ya ha provocado otros documentos, uno de los cuales pretende demostrar que la mayoría de los agujeros negros con buen comportamiento no violarán el determinismo. Pero Hintz insiste en que un caso de violación es demasiado.
"La gente había sido complaciente durante unos 20 años, desde mediados de los 90, esa fuerte censura cosmológica siempre se verifica", dijo. "Desafiamos ese punto de vista".
El trabajo de Hintz fue apoyado por el Clay Mathematics Institute y el Miller Institute for Basic Research in Science en UC Berkeley.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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