Las singularidades en la descripción matemática de la física siempre han indicado un error en las ecuaciones. El Universo tiene procesos que pueden pasar de valores finitos a infinito en tiempo finito. Esto se aplica a nociones como masas puntuales, cargas puntuales, las singularidades coordinadas en los polos norte y sur de la Tierra y los problemas métricos bien conocidos en el horizonte de eventos de un agujero negro. Las singularidades coordinadas se pueden resolver con un cambio de coordenadas, en los polos de la Tierra o en un horizonte de eventos.
Una singularidad del núcleo del agujero negro sería la conclusión ingenua de un cálculo de Relatividad General (GR) puro sin tener en cuenta la Mecánica Cuántica (QM). Sin embargo, la singularidad infinitamente densa en GR estaría infinitamente distante del horizonte de eventos, por lo que tomaría un tiempo infinito para formarse. Por lo tanto, no ha sucedido. En esta vista, el material en los agujeros negros más antiguos del Cosmos podría estar a más de diez mil millones de años luz del exterior.
Tenga en cuenta que la gravedad en GR se debe en gran medida a la forma del espacio-tiempo, más un término cosmológico, y en un agujero negro no tendría nada que ver con la gravedad cuadrada inversa newtoniana, por lo que la distancia infinita a la singularidad hipotética no sería un problema para La gravedad dentro o fuera del horizonte de sucesos.
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QM proporciona una respuesta muy diferente, pero sin embargo sin singularidad. La razón es que en QM ningún objeto puede ser confinado en un espacio más pequeño que su longitud de onda. Se puede formar un agujero negro a partir del colapso de una estrella de neutrones debido a la acumulación de una estrella compañera, o una supernova fallida, o una fusión de estrellas de neutrones. Si suponemos que hay una variedad de partículas de diferentes masas en el material colapsante, más un espectro de radiación electromagnética, entonces obtenemos un conjunto de niveles en el núcleo del agujero negro, uno para cada tamaño de partícula, y un continuo fondo de fotones de alta energía provenientes de la luz que cae. El “fondo” del núcleo es entonces el nivel de la longitud de onda más corta y las partículas de mayor masa. Alguien que sepa más de matemáticas que yo podría decirte hasta qué punto eso sería.
Sabemos que los fermiones como los electrones y los quarks que componen la materia ordinaria no pueden formar esos niveles, donde todas las partículas están en el mismo lugar y, por lo tanto, en el mismo estado cuántico. Los fermiones más compactos pueden llegar a nuestro conocimiento es a través de la presión de degeneración de electrones en estrellas enanas blancas, y la presión de degeneración de neutrones o posiblemente materia extraña en las estrellas de neutrones. Eso significa que una estrella de neutrones en colapso tiene que convertirse en bosones de algún tipo. Desafortunadamente, no tenemos idea de qué tipo de bosón sería. Conocemos una variedad de bosones (fotones, gluones, bosones W y Z, y el bosón de Higgs), pero no sabemos cuáles de ellos podrían formarse y ser estables en tales condiciones, o si los bosones de los que no sabemos nada predominar.
También está la cuestión del túnel cuántico de materia fuera del núcleo del agujero negro. Si se hace un túnel dentro del horizonte de eventos, retrocede inmediatamente. Si sale a túneles y escapa, se convierte en radiación de Hawking. No sé cómo calcular cuánta materia podría estar fuera del núcleo pero dentro del horizonte.