Las dos piedras angulares principales de la física son la relatividad general y la mecánica cuántica. La relatividad general ha tenido éxito al describir las propiedades a gran escala (macroscópicas) de los agujeros negros. Sin embargo, a nivel microscópico, predice que los agujeros negros tienen una singularidad en sus núcleos: una región donde el campo gravitacional es infinitamente fuerte. Esta es una señal de que simplemente no entendemos lo que sucede dentro de un agujero negro, ya que la intensidad de campo infinito significa que algo con solo la masa de un grano de arena tendría un peso infinito.
En la imagen de la gravedad presentada por la relatividad general, tal singularidad destruiría toda la información sobre los estados cuánticos de la materia que cae en un agujero negro, porque si la luz no puede escapar, entonces no puede escapar la radiación electromagnética (y, por lo tanto, la información). Sin embargo, un principio fundamental de la mecánica cuántica es que la información se conserva. La pérdida de información en una singularidad es obviamente paradójica y apunta a una incompatibilidad fundamental entre la relatividad general y la mecánica cuántica. Una esperanza de larga data ha sido que la aplicación de una teoría cuántica de la gravedad a la descripción de los agujeros negros resolvería estos problemas.
En muchos sentidos, la singularidad es una admisión de derrota. Las leyes de la física, tal como las conocemos, se rompen dentro del horizonte de eventos, no puede escapar información, por lo que solo debemos preocuparnos por los eventos dentro y fuera del horizonte de eventos. Sin embargo, el espacio dentro del horizonte de eventos es una realidad. Debe estar hecho de algo, tal vez no exista una singularidad, sino un estado de la materia actualmente más allá de nuestra comprensión.
- Star UY Scuti es aproximadamente 1700 veces más grande que el Sol y tiene una masa de 5 mil millones de veces el Sol. Además, el agujero negro más pequeño tiene una masa 3,8 veces la del Sol. Dado que UY Scuti es tan pesado en comparación con un agujero negro, ¿cómo es que la luz puede escapar de la estrella?
- Usando lentes gravitacionales, ¿podría arrojarse luz hacia nosotros como un boomerang usando una serie de agujeros negros supermasivos?
- ¿Podría el Big Bang haber sido una colisión entre dos partículas extremadamente grandes (o agujeros negros masivos)?
- ¿Es que la luz no puede escapar de un agujero negro debido a la gravedad que causa una curva en el espacio o porque el tiempo se detiene dentro del horizonte de eventos?
- ¿Qué es exactamente la singularidad en física?
Para centrarnos en el tema con una imagen mental más clara, si consideramos un pequeño agujero negro (hipotético) con la masa solo la de la Tierra. Entonces se puede demostrar que el radio de Schwarzschild es de solo 9 mm. El horizonte de eventos es una esfera de solo 18 mm de diámetro pero con toda la masa de tierra contenida dentro de este volumen. Es casi imposible comprender cómo tanta materia podría caber en un espacio tan pequeño. En realidad, no se forman pequeños agujeros negros como este, sin embargo, es útil para fines de visualización. La masa del sol es aproximadamente 3 veces demasiado pequeña para crear un agujero negro, pero un agujero negro de una sola masa solar tendría un radio de Schwarzschild de 2,96 km. Compare esto con un radio de degeneración de neutrones de aproximadamente 20 km para una estrella de neutrones de masa solar, o con el tamaño de la tierra para una enana blanca de masa solar. Con esto en mente, queda claro cuán extrema es la compresión de la materia dentro del agujero negro. Pero no es suficiente eludir el problema, declarando que la materia se comprime hasta la singularidad donde la curvatura o el espacio-tiempo se vuelven infinitos. La singularidad puede incluso no ser real.
Puede resultar que la cuantificación de una clase especial de agujeros negros (conocidos como agujeros negros esféricamente simétricos) es posible dentro de un marco para la gravedad cuántica conocida como gravedad cuántica de bucle.
El análisis teórico muestra que una región de espacio-tiempo altamente curva (donde se pueden manifestar los efectos cuánticos de la gravedad), en lugar de una singularidad, es lo que constituye el núcleo de un agujero negro. Si bien esta teoría prometedora elimina la singularidad que implica la relatividad general clásica, se necesitará más investigación para establecer si estos resultados resuelven la paradoja de la pérdida de información y si el enfoque puede generalizarse a otras clases de agujeros negros.
En resumen, no es posible decir en este momento cuál es el estado de la materia dentro de un agujero negro. Sabemos que está comprimido más allá de la presión de degeneración de neutrones, pero lo que esto significa sobre el asunto en sí sigue siendo misterioso.
