¿Cómo sabemos que un agujero negro es un punto único si no podemos ver más allá del horizonte de eventos?

Si por “punto único” quieres decir singularidad, entonces todo lo que puedo decir es que es una predicción teórica, actualmente no accesible para la verificación experimental.

Sin embargo, hay algunos puntos engañosos en la pregunta misma.

El agujero negro se define por el horizonte de eventos (u otro tipo de horizonte, por ejemplo, horizonte aparente u horizonte aislado). Lo que hace del agujero negro un agujero negro no es la singularidad sino el horizonte.

Por ejemplo, si tiene un agujero negro estático con carga (solución Reissner-Nordstrom) tiene genéricamente dos horizontes. Si agrega más y más carga al agujero negro, los horizontes comienzan a acercarse entre sí y cuando la carga es igual a la masa del agujero negro (en unidades apropiadas), los dos horizontes coinciden; llamamos a este agujero negro extremal . Si pones aún más carga en el agujero negro, ambos horizontes desaparecen y lo que queda es la singularidad desnuda, no rodeada por un horizonte. Por la “conjetura de la censura cósmica”, creemos que tales situaciones probablemente no pueden ocurrir en la naturaleza. Sin embargo, una solución de Reissner-Nordstrom sobrecargada y extremadamente extrema no se llamaría un agujero negro, ya que no tiene el horizonte de eventos. Puedes ver la singularidad, acercarte a ella y luego irte de nuevo. Entonces, singularidad no es lo mismo que el agujero negro.

A continuación, la singularidad no tiene que ser un solo punto. Para un agujero negro giratorio, la singularidad es en realidad un anillo.

Finalmente, existen soluciones conocidas que son agujeros negros, porque tienen un horizonte, pero no tienen singularidad en su interior. Dichas soluciones necesariamente violan los supuestos de los teoremas de singularidad de Penrose-Hawking (que garantizan la existencia de singularidades bajo algunos supuestos genéricos), típicamente la condición de energía, pero existen tales soluciones.


Pero si tomas la materia normal típica que satisface una condición de energía plausible, los teoremas de Penrose-Hawking te dicen que la relatividad general predice la presencia de la singularidad bajo el horizonte. Estos teoremas no le dicen mucho sobre el carácter de la singularidad, incluso no tiene que ser necesariamente una singularidad de curvatura (puede ser solo una incompletitud geodésica), pero habrá algo extraño allí.

Es un teorema: si la relatividad general se mantiene, entonces hay una singularidad. De hecho, el teorema no necesita tanto las ecuaciones de Einstein, el papel de las ecuaciones de Einstein es simplemente decir que si la energía de la materia es positiva, implica algo para la geometría.

Ahora, esto no significa que las singularidades sean reales porque la relatividad general podría estar mal en condiciones tan extremas. Y la gente realmente cree que este es el caso: a medida que la estrella colapsa y se acerca a la formación de la singularidad, las reglas de la mecánica cuántica desempeñarán un papel importante y evitarán la formación de la singularidad. Hasta donde yo sé, actualmente no hay forma de distinguir observacionalmente entre los agujeros negros clásicos y los agujeros negros donde la singularidad no se formó debido a los efectos cuánticos.

Nunca hemos visto un electrón. Sin embargo, “sabemos” que deben existir, en el sentido de que no sabemos cómo dar sentido a los átomos sin electrones.

Del mismo modo, (todavía) no sabemos cómo dar sentido a los agujeros negros sin singularidades, ya sea un punto o un anillo, dependiendo de si el agujero negro tiene un momento angular, por lo que, aunque no podemos ver la singularidad ( cualquier cosa que “ver” pueda significar en este contexto), “sabemos” que debe estar allí.

Ahora, para ser justos, hay algo de diferencia entre estas situaciones. En el caso de los electrones, no conocemos consideraciones teóricas que hagan insostenible el electrón, en el sentido de que se sospecha que la teoría de los electrones es incompleta. Sin embargo, tenemos la sospecha de que nuestra teoría de la gravedad es incompleta, de una manera que podría hacer que nuestra comprensión de las singularidades en los agujeros negros sea incompleta.

Dicho esto, supongo que lo incompleto sería teórico; es casi seguro que habrá algo en el centro del agujero negro que sea “casi” una singularidad, de la misma manera que desde una perspectiva macroscópica, los estados cuánticos son “casi” equivalentes a sus contrapartes clásicas. Las diferencias son importantes en un nivel fundamental, pero no haría que el agujero negro “opere” de manera notablemente diferente.

Ciertamente sabemos que un agujero negro no es una singularidad. El concepto de Singularidad proviene de una Ley Empírica elaborada por Sir Isaac Newton. Nunca tuvo ningún motivo para que esa ley se aplicara a la densidad infinita, tampoco nosotros.

El concepto de Singularidad es otro ejemplo de abuso sin sentido del formalismo. Los matemáticos comienzan a creer en sus modelos y no cuestionan algo con lo que están familiarizados y que se llama “Dominio”.

Una teoría tiene un ámbito en el que podemos aplicar. La extrapolación más allá de eso debe hacerse correctamente y basarse en la realidad y las observaciones. Ninguno de los dos apoya el concepto de Singularidad.

Otro ejemplo de extensión sin sentido son los Tachyons con masas imaginarias. Viajarían más rápido que la velocidad de la luz y tendrían antigravedad … (si realmente desea estirar las fórmulas).

Por lo tanto, no hay razón para ‘creer’ en cosas inventadas por observaciones empíricas en el ámbito más allá de esas observaciones.

La Ley de Gravitación de Newton se aplicó a la Dinámica Celestial y se convirtió en el Dominio extendido hasta que se aplicaron a la Precesión del Perihelio de Mercurio. En ese punto, se tuvo que crear una extensión.

En resumen:

Una singularidad no es equivalente a la existencia de un electrón o átomos. Esas entidades han sido sondeadas, modeladas, probadas.

Una Singularidad, por otro lado, no ha sido objeto de ninguna observación, experimentación. De hecho, los datos apuntan a una densidad de agujero negro, diámetro de agujero negro, etc. Eso es exactamente lo que no es una singularidad.

La singularidad se infiere en base a otra observación.

La luz no puede escapar de un agujero negro, por lo tanto, debe haber algo con una masa infinita y una densidad infinita para proporcionar una cantidad tan inmensa de gravedad.

Cualquier cosa con tal cantidad de gravedad colapsaría absolutamente sobre sí misma en un punto singular, la “singularidad”.

Esa es una manera simple de describir la lógica de todos modos.

Un agujero negro no es un solo punto. Es adimensional, como un electrón realmente enorme. Simplemente sucede que eso es lo que dicen las matemáticas. Entonces, en un sentido real, el interior del horizonte de eventos Schwarzschild de un agujero negro está completamente vacío.

¡Eso es raro!

No sabemos, y no podemos saber. Es un error decir que es cierto que hay una singularidad en el centro, como si fuera un hecho.

No podemos describir una superficie que pueda soportar los efectos gravitacionales, que pueda permanecer más grande que un horizonte de eventos, pero más pequeña que una estrella de neutrones. Pero hacemos teorías sobre tales: Materia degenerada – Wikipedia

Pero también podemos describir un Universo interno, que se parece al nuestro, en el que caemos en un futuro tal como lo hacemos “aquí afuera”.

Tampoco lo es la Ciencia, ya que ninguno es (hasta ahora) refutable.

Solo lo sabemos matemáticamente, por lo tanto, no lo sabemos con certeza.

Espero haber ayudado!

= D

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