Me encanta esta pregunta por su honestidad y brillante ingenuidad. Más personas deberían hacer preguntas como esta sobre imágenes populares de principios científicos y físicos. Es probable que esté imaginando un agujero como un agujero en un puente, o esa popular imagen en forma de embudo que se puede simular tirando hacia abajo un punto de una lámina de goma plana hasta el tope. Un agujero negro cósmico no es como ninguno de estos.
La analogía de la lámina de goma solo funciona si ya entiendes lo que es un agujero negro … pero el problema es cómo esperamos que la gente entienda un agujero negro mediante el uso de la analogía defectuosa. Me gusta comenzar con una situación que esté dentro de nuestra capacidad de visualizar las dimensiones requeridas.
Imagine una hoja de papel perfectamente plana de tamaño infinito tan delgada que no tenga grosor. En realidad no se puede entender eso en la vida real, pero como seres tridimensionales, podemos imaginarlo con poca dificultad. Dese el privilegio de ser un observador tridimensional externo de ese mundo y deje caer una esfera a través de él. Suponga que es posible que esta esfera pase a través de la hoja, pero al hacerlo, el primer ‘borde’ del mundo aparece como si nada. A medida que la pelota cae, este borde se expande rápidamente, disminuye al máximo, se contrae y luego desaparece. Un ser consciente que vive solo dentro de ese mundo 2D se vería tentado a recurrir a la magia como explicación, pero quizás el científico 2D podría formar una teoría. Esta podría ser una teoría matemática en la que él o ella invoca una nueva idea loca de que podría haber otra dimensión. Sí, una TERCERA dimensión. Qué pensamiento más loco, sin embargo, para el científico 2D, llamémosle Bob, lleva a explicaciones elegantes y simples, ninguna de las cuales invoca dioses o magia. Para obtener más ideas como esta, busque ‘flatland’.
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¿Cómo podría Bob ilustrar sus ideas a sus amigos no científicos? Tal vez podría usar un anillo elástico y hablar sobre cómo las presiones dentro de él lo hacen expandirse en un círculo perfecto, y cuando liberas la presión, se contrae nuevamente. Podría pensar que esta es una explicación laica decente, pero es terrible. Así como la idea de la lámina de goma para un agujero negro para nosotros es una explicación terrible.
Aquí está el problema. Un agujero negro es una construcción matemática CUATRO dimensional. No puedes simularlo en 3D. Su efecto en nuestro mundo real en 3D es más como una esfera desde el punto de vista de cómo se experimenta su gravedad en todas las distancias a su alrededor, pero esa idea no te dice qué es realmente la gravedad. Sin embargo, describe en cierta medida los efectos del objeto dentro de nuestra existencia 3D.
En nuestro mundo 3D, puedes imaginar una pila de cajas en cubos. Estas cajas están pegadas y son flexibles. Podemos hacer que las cajas sean arbitrariamente pequeñas. Supongamos que vivimos dentro de este mundo de cajas, y “algo” distorsiona las cajas. Digamos que uno de ellos, aunque muy pequeño, se aprieta muy fuerte. Esa caja comprimida está conectada a cualquier otra caja en todo el mundo, y su estado comprimido afecta las tensiones de cada caja. Notamos que la tensión es mayor cerca de la caja exprimida, y rápidamente cae más lejos de ella. Hemos descrito una deformación 3D en un sistema de coordenadas designado arbitrariamente, de la misma manera que Bob podría modelar la caída de esfera en su mundo 2D. Pero en realidad no es una descripción de la gravedad.
Espero que debido a que puedes imaginar el salto de 2D a 3D para una explicación de la esfera a través de 2D, entonces puedas “sentir” un salto similar de algún tipo de modelo 3D a un modelo 4D adecuado para explicar la gravedad y, en última instancia, un agujero negro que sería una deformación infinita de la construcción 4D que llamamos espacio-tiempo.
Ahora, con suerte, es posible que pueda ver algún uso de la analogía de la lámina de goma y también apreciar sus limitaciones.
