Para responder a la pregunta directa: los agujeros negros son una especie de “estrella oscura” donde la gravedad impide que exista luz. En otras palabras, el concepto newtoniano de una estrella oscura es casi equivalente al concepto de relatividad general de un agujero negro.
Los detalles de la pregunta preguntan: “¿Cómo podríamos saber que las estrellas oscuras (newtonianas) no existen?” La razón por la que las estrellas oscuras no pueden existir es porque la teoría de la gravedad newtoniana no explica correctamente la interacción de la luz con la gravedad.
Se supone que una estrella oscura newtoniana es una estrella donde la velocidad de escape newtoniana en la superficie de la estrella es igual o superior a la velocidad de la luz. El problema con esa definición es que la física newtoniana no tiene una teoría buena (o correcta) de cómo la luz interactúa con la gravedad. Si la luz es una partícula material que se emite como una bala, entonces estas estrellas serían oscuras. Sin embargo, si la luz es como una onda de sonido que viaja a través de un medio (como el supuesto éter luminífero). Entonces la luz aún se escaparía, suponiendo que el Éter no “caiga” en la estrella oscura a la velocidad de la luz.
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La relatividad especial dice que la luz SIEMPRE viaja a “c” (la misma velocidad constante de la luz). Entonces, si combina la gravedad newtoniana y la relatividad especial, diría que la luz debería escapar de la estrella oscura newtoniana, ya que la luz siempre viaja en “c”.
Sin embargo, Einstein se dio cuenta de que la gravedad debe afectar la luz. Esta comprensión se basa en uno de los famosos “experimentos mentales” de Einstein como se muestra en este PDF: Página en umd.edu. Este experimento mental mostró que la luz debe perder energía a medida que se eleva en un campo de gravitación. Este experimento mental es parte de lo que llevó a Einstein a la teoría correcta de la gravedad y la teoría correcta de cómo la luz interactúa con la gravedad: la relatividad general (GR).
¡Entonces la teoría correcta de cómo la gravedad newtoniana interactúa con la luz es GR y el equivalente GR de una estrella oscura es exactamente un agujero negro GR ! Es por eso que las estrellas oscuras no existen: porque una estrella oscura “correcta” ES un agujero negro.
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Otro problema es que incluso si la luz no puede escapar de una estrella oscura newtoniana, la física newtoniana no tiene límites en la velocidad de los objetos materiales. Por lo tanto, un objeto en la superficie de la estrella oscura podría acelerarse teóricamente a una velocidad superior a la de la luz, lo que permitiría escapar de una estrella oscura, mientras que no hay escape de un agujero negro en GR.
Finalmente , un comentario sugirió que aunque una estrella oscura y un agujero negro podrían ser iguales externamente, internamente serían diferentes: una estrella oscura tendría un cuerpo sólido con una superficie dentro del horizonte de eventos, pero un agujero negro solo tiene un singularidad en el centro.
En realidad, no está claro si realmente hay una diferencia en las predicciones de lo que hay dentro de una estrella oscura en comparación con un agujero negro.
GR dice que hay una singularidad, pero sabemos que está mal: cuando finalmente tengamos una teoría de la gravedad cuántica, podemos encontrar que toda la masa se concentra en un pequeño “volumen” distinto de cero. Entonces, la gravedad cuántica podría dar efectivamente un volumen final finito y densidad.
Para saber qué sucede en una estrella oscura newtoniana, tendríamos que saber cuál es la ecuación de estado para la materia a fin de predecir cuál sería el volumen final. (La ecuación de estado daría el volumen en función de la presión). La física newtoniana realmente no predice cuál sería esa ecuación de estado. Bien podría ser que si la ecuación de estado fuera lo suficientemente “suave”, el objeto podría reducirse a cero volumen. Entonces, la física newtoniana podría dar volumen cero y densidad infinita. Realmente no lo sabemos.
Por lo tanto, no está claro si las predicciones internas realmente son diferentes después de todo.
