Bueno, estrictamente hablando, la explicación intuitiva es que “parece extraño” tener singularidades desnudas. No los queremos, por lo que suponemos que cualquier solución a las ecuaciones de Einstein que contenga una probablemente no sea física. Esa es la respuesta en el sentido más estricto, pero tenemos razones decentes para creer que este es el caso.
Primero, una palabra sobre singularidades: las singularidades están separadas de los horizontes de eventos. Los laicos generalmente piensan que las singularidades están en el “centro” de un agujero negro, mientras que el horizonte de eventos es el “borde” del agujero negro [1]. Creemos que sabemos cómo funciona la física en el borde de un agujero negro. La fuerza de la gravedad allí es grande, pero finita. Incluso tenemos ecuaciones que describen lo que sucede dentro del horizonte de eventos. Pero en la “singularidad”, la curvatura del espacio se vuelve infinita (técnicamente, se aproxima al infinito a medida que te acercas a la singularidad). No tenemos ecuaciones que describan una singularidad correctamente.
Proponer una singularidad “desnuda” significa que puedes caminar hasta una región del espacio donde la física no tiene sentido, empujarla con un palo y volver a salir. Esto sería extraño. Sin embargo, hay soluciones a las ecuaciones de Einstein que incluyen singularidades desnudas. Describiré uno y daré una razón por la cual nunca podría existir en la vida real. [2]
- Si los agujeros negros pueden distorsionar el espacio y la luz viaja a lo largo del espacio, ¿veríamos realmente otros objetos distorsionados si estuviéramos al lado o en negro?
- ¿Qué es más poderoso: un agujero negro o una estrella de la misma masa?
- ¿Es posible orbitar un agujero negro?
- ¿Existe un límite de masa que pueda ser absorbido por un agujero negro por segundo?
- ¿Qué es un agujero de gusano? ¿Viajamos en el tiempo y el espacio a través de un agujero de gusano?
Una singularidad desnuda “típica” se produce en un tipo especial de agujero negro llamado “agujero negro extremo de Reissner-Nordstrom”. Un nombre más descriptivo sería “agujeros negros realmente cargados eléctricamente”. Estos son agujeros negros que tienen, en cierto sentido, más carga que masa. Estos agujeros negros en realidad no tienen un horizonte de eventos, y en cambio tienen una singularidad desnuda. La matemática para esto es complicada y no es terriblemente instructiva. También sabemos que estos agujeros negros nunca podrían formarse. Este es el por qué.
La mayor parte de la materia está equilibrada eléctricamente: los átomos no ionizados tienen el mismo número de protones y electrones, y las moléculas están formadas por átomos. En cualquier lugar donde hubiera una concentración de carga positiva, atraería cargas negativas para neutralizar. Por lo tanto, es muy difícil imaginar un agujero negro cargado que no tiende a ser eléctricamente neutro con el tiempo. Pero el agujero negro que hemos propuesto es aún más extremo que eso. Recordemos que los cargos similares se repelen entre sí. Imagine que tiene un agujero negro como el que hemos descrito, que está cargado positivamente. Ahora dispara un protón a él. El protón rebota hacia ti. ¿Qué? Es porque la fuerza eléctrica del agujero negro es mucho mayor que la fuerza gravitacional. No es posible agregar más carga a un agujero negro muy cargado.
¡Pero espera hay mas! ¿Recuerdas que dijimos que un agujero negro necesita “más carga que masa?” Resulta que todo lo que sabemos que está cargado también tiene una masa. E incluso si pudieras hacer un agujero negro loco completamente de electrones, todavía no se cargaría lo suficiente como para formar una singularidad desnuda.
Por lo tanto, en el caso del agujero negro Reissner-Nordstrom, una singularidad desnuda parece descartada. Esto resulta ser el caso para cualquier solución de singularidad desnuda que se haya encontrado: siempre hay alguna imposibilidad física involucrada en la creación de una, o la solución es altamente inestable, etc. Y, por lo tanto, parece razonable proponer que probablemente no pueda ser cualquiera. Ayuda que esto refuerce nuestro “instinto”. ¡Pero quién sabe! ¡El instinto intestinal ha estado mal antes! Simplemente no apuestes por eso esta vez.
[1] Una nota sobre las coordenadas de espacio y tiempo: dentro del horizonte de eventos, las coordenadas de espacio y tiempo efectivamente “intercambian”. Desde la perspectiva de un laico, lo importante es que la singularidad no está en una ubicación en el espacio, está en una ubicación en el tiempo. Una vez que estás dentro de un horizonte de eventos, la singularidad se convierte en todo tu futuro, sin importar en qué aspecto te veas.
[2] Otra singularidad desnuda ocurre para un agujero negro que gira extremadamente rápido. En este caso, puede calcular que el agujero negro tendría que estar girando tan rápido que una “partícula en el horizonte de eventos” se movería más rápido que la luz. Esto, por supuesto, está mal definido, ya que ninguna partícula simplemente se sentará en el horizonte de eventos, pero demuestra de manera intuitiva por qué ningún agujero negro podría tener tanta energía de rotación (y puede retroceder rigurosamente para encontrar qué tan rápido es la estrella que forma un agujero negro como este habría estado girando, y también tiene que ser más rápido que la luz).
