destino de la persona que cae en un agujero negro: BBC
Podría pasarle a cualquiera. Tal vez estés tratando de encontrar un nuevo planeta habitable para la raza humana, o tal vez solo estés en una larga caminata y te resbales. Cualesquiera que sean las circunstancias, en algún momento todos nos enfrentamos a la antigua pregunta: ¿qué sucede cuando caes en un agujero negro?
Es posible que espere ser aplastado o tal vez hecho pedazos. Pero la realidad es más extraña que eso.
En el instante en que entraste en el agujero negro, la realidad se dividiría en dos. En uno, sería incinerado instantáneamente, y en el otro se sumergiría en el agujero negro completamente ileso.
Los objetos pesados deforman la estructura del espacio mismo (Crédito: Julian Baum / SPL)
Un agujero negro es un lugar donde las leyes de la física tal como las conocemos se rompen. Einstein nos enseñó que la gravedad deforma el espacio en sí mismo, haciendo que se curve. Entonces, dado un objeto lo suficientemente denso, el espacio-tiempo puede deformarse tanto que se tuerce sobre sí mismo, excavando un agujero a través del tejido mismo de la realidad.
Una estrella masiva que se ha quedado sin combustible puede producir el tipo de densidad extrema necesaria para crear un mundo tan destrozado. A medida que se dobla por su propio peso y colapsa hacia adentro, el espacio-tiempo se derrumba con él. El campo gravitacional se vuelve tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar, lo que hace que la región donde la estrella solía ser profundamente oscura: un agujero negro.
A medida que profundizas en el agujero negro, el espacio se vuelve cada vez más curvilíneo
El límite más externo del agujero es su horizonte de eventos, el punto en el cual la fuerza gravitacional contrarresta con precisión los esfuerzos de la luz para escapar de él. Acércate más que esto, y no hay escapatoria.
El horizonte de eventos está en llamas con energía. Los efectos cuánticos en el borde crean corrientes de partículas calientes que irradian de regreso al universo. Esto se llama radiación de Hawking, por el físico Stephen Hawking, quien lo predijo. Con tiempo suficiente, el agujero negro irradiará su masa y desaparecerá.
A medida que profundizas en el agujero negro, el espacio se vuelve cada vez más curvo hasta que, en el centro, se vuelve infinitamente curvo. Esta es la singularidad. El espacio y el tiempo dejan de ser ideas significativas, y las leyes de la física tal como las conocemos, todo lo cual requiere espacio y tiempo, ya no se aplican.
Lo que pasa aquí, nadie lo sabe. Otro universo? ¿Olvido? ¿La parte de atrás de una estantería ? Es un misterio.
En un agujero negro, el espacio se vuelve infinitamente curvo (Crédito: Henning Dalhoff / SPL)
Entonces, ¿qué sucede si accidentalmente cae en una de estas aberraciones cósmicas? Comencemos por preguntarle a tu compañera espacial, la llamaremos Anne, que observa con horror cómo te lanzas hacia el agujero negro, mientras ella permanece a salvo afuera. Desde donde está flotando, las cosas están a punto de ponerse raras.
A medida que aceleras hacia el horizonte de eventos, Anne te ve estirarse y retorcerse, como si te estuviera mirando a través de una lupa gigante. Además, cuanto más te acercas al horizonte, más pareces moverte en cámara lenta.
Antes de que cruces en la oscuridad del agujero negro, estás reducido a cenizas
No puede gritarle, ya que no hay aire en el espacio, pero puede intentar enviarle un mensaje Morse con la luz de su iPhone (hay una aplicación para eso). Sin embargo, sus palabras la alcanzan cada vez más lentamente, las ondas de luz se extienden a frecuencias cada vez más bajas y más rojas: “Bien, bien, a l r i …”
Cuando llegas al horizonte, Anne te ve congelado, como si alguien hubiera presionado el botón de pausa. Permaneces enyesado allí, inmóvil, estirado sobre la superficie del horizonte mientras un calor creciente comienza a envolverte.
Según Anne, usted está lentamente destruido por el estiramiento del espacio, la detención del tiempo y los fuegos de la radiación de Hawking. Antes de que cruces en la oscuridad del agujero negro, estás reducido a cenizas.
Pero antes de planificar su funeral, olvidémonos de Anne y veamos esta horrible escena desde su punto de vista. Ahora, sucede algo aún más extraño: nada.
El límite de un agujero negro podría ser un cortafuegos ardiente (Crédito: Equinox Graphics / SPL)
Navegas directamente hacia el destino más siniestro de la naturaleza sin siquiera un golpe o una sacudida, y ciertamente no hay radiación de estiramiento, ralentización o escaldadura. Eso es porque estás en caída libre, y por lo tanto no sientes gravedad: algo que Einstein llamó su “pensamiento más feliz”.
En un agujero negro lo suficientemente grande, podrías vivir el resto de tu vida con bastante normalidad.
Después de todo, el horizonte de eventos no es como una pared de ladrillos flotando en el espacio. Es un artefacto de perspectiva. Un observador que permanece fuera del agujero negro no puede ver a través de él, pero ese no es su problema. En lo que a usted respecta, no hay horizonte.
Claro, si el agujero negro fuera más pequeño, tendría un problema. La fuerza de la gravedad sería mucho más fuerte en tus pies que en tu cabeza, estirándote como un pedazo de espagueti. Pero, por suerte para ti, esta es grande, millones de veces más masiva que nuestro Sol, por lo que las fuerzas que podrían espantarte son lo suficientemente débiles como para ser ignoradas.
De hecho, en un agujero negro lo suficientemente grande, podrías vivir el resto de tu vida con bastante normalidad antes de morir en la singularidad.
El horizonte de eventos no es una barrera sólida (Crédito: Richard Kail / SPL)
¿Qué tan normal podría ser realmente, se preguntará, dado que está siendo arrastrado hacia una ruptura en el continuo espacio-tiempo, arrastrado contra su voluntad, incapaz de regresar hacia el otro lado?
No puedes darte la vuelta y escapar del agujero negro
Pero cuando lo piensas, todos conocemos ese sentimiento, no por nuestra experiencia con el espacio sino con el tiempo. El tiempo solo avanza, nunca retrocede, y nos empuja contra nuestra voluntad , evitando que nos demos la vuelta.
Esto no es solo una analogía. Los agujeros negros deforman el espacio y el tiempo hasta el extremo de que dentro del horizonte del agujero negro, el espacio y el tiempo realmente intercambian roles. En cierto sentido, es realmente el tiempo que te empuja hacia la singularidad. No puedes darte la vuelta y escapar del agujero negro, como tampoco puedes darte la vuelta y viajar al pasado.
En este punto, es posible que desee detenerse y hacerse una pregunta apremiante: ¿Qué demonios le pasa a Anne? Si te estás enfriando dentro del agujero negro, rodeado de nada más extraño que el espacio vacío, ¿por qué está insistiendo en que la radiación te haya quemado hasta quedar crujiente? ¿Ella está alucinando?
La “radiación de Hawking” fluye fuera del horizonte de eventos (Crédito: Richard Kail / SPL)
En realidad, Anne está siendo perfectamente razonable. Desde su punto de vista, realmente te has quemado en el horizonte. No es una ilusión. Incluso podría recoger sus cenizas y enviárselas a sus seres queridos.
De hecho, las leyes de la naturaleza requieren que permanezcas fuera del agujero negro como se ve desde la perspectiva de Anne. Esto se debe a que la física cuántica exige que la información nunca se pierda. Toda información que explique su existencia tiene que permanecer fuera del horizonte, para que las leyes de física de Anne no se rompan.
Tienes que estar en dos lugares, pero solo puede haber una copia tuya
Por otro lado, las leyes de la física también requieren que navegues por el horizonte sin encontrar partículas calientes ni nada fuera de lo común. De lo contrario, estarías violando el pensamiento más feliz de Einstein y su teoría de la relatividad general.
Entonces, las leyes de la física requieren que estés fuera del agujero negro en una pila de cenizas y dentro del agujero negro vivo y bien. Por último, pero no menos importante, hay una tercera ley de la física que dice que la información no se puede clonar. Tienes que estar en dos lugares, pero solo puede haber una copia tuya.
De alguna manera, las leyes de la física nos señalan hacia una conclusión que parece bastante absurda. Los físicos llaman a este enigmático enigma la paradoja de la información del agujero negro. Afortunadamente, en la década de 1990 encontraron una manera de resolverlo.
Una vez que caes, no sale nada (Crédito: Science Photo Library)
Leonard Susskind se dio cuenta de que no hay paradoja, porque nadie ve tu clon. Anne solo ve una copia tuya. Solo ves una copia tuya. Tú y Anne nunca pueden comparar notas. Y no hay un tercer observador que pueda ver dentro y fuera de un agujero negro simultáneamente. Por lo tanto, no se violan las leyes de la física.
La realidad depende de a quién le preguntes
A menos que sea, usted exige saber qué historia es realmente cierta. ¿Estás realmente muerto o estás realmente vivo?
El gran secreto que nos han revelado los agujeros negros es que en realidad no existe . La realidad depende de a quién le preguntes. Ahí está Anne y está tu realmente. Fin de la historia.
Bueno, casi. En el verano de 2012, los físicos Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joe Polchinski y James Sully, conocidos colectivamente como AMPS, idearon un experimento mental que amenazaba con anular todo lo que creíamos saber sobre los agujeros negros.
Nadie está seguro de lo que hay dentro de un agujero negro (Crédito: Henning Dalhoff / SPL)
Se dieron cuenta de que la solución de Susskind dependía del hecho de que cualquier desacuerdo entre usted y Anne está mediado por el horizonte de sucesos. No importaba si Anne veía la desafortunada versión tuya dispersa entre la radiación de Hawking, porque el horizonte le impedía ver la otra versión tuya flotando dentro del agujero negro.
Anne podría echar un vistazo detrás del horizonte
Pero, ¿qué pasaría si hubiera una manera de descubrir qué había al otro lado del horizonte, sin cruzarlo realmente?
La relatividad ordinaria diría que es un no-no, pero la mecánica cuántica hace que las reglas sean un poco más difusas. Anne podría echar un vistazo detrás del horizonte, usando un pequeño truco que Einstein llamó “acción espeluznante a distancia”.
Esto sucede cuando dos conjuntos de partículas que se separan en el espacio están misteriosamente “enredados”. Forman parte de un todo único e indivisible, por lo que la información necesaria para describirlos no se puede encontrar en ninguno de los dos conjuntos, sino en los enlaces espeluznantes entre ellos.
Las partículas ampliamente separadas pueden ser “enredadas” de forma espeluznante (Crédito: Victor de Schwanberg / SPL)
La idea de AMPS fue algo como esto. Digamos que Anne toma un poco de información cerca del horizonte, llámela A.
Cada bit de información solo puede enredarse una vez
Si su historia es correcta, y eres un goner, revuelto entre la radiación de Hawking fuera del agujero negro, entonces A debe enredarse con otro bit de información, B, que también es parte de la nube de radiación caliente.
Por otro lado, si su historia es la verdadera, y está vivo y bien al otro lado del horizonte de sucesos, entonces A debe estar enredado con una información diferente, C, que está en algún lugar dentro del agujero negro .
Aquí está el truco: cada bit de información solo puede enredarse una vez. Eso significa que A solo puede enredarse con B o con C, no con ambos.
Los agujeros negros pueden alejar el material de las estrellas cercanas (Crédito: NASA / CXC / M. Weiss)
Entonces Anne toma su parte, A, y la pone a través de su práctica máquina de decodificación de enredos, que escupe una respuesta: B o C.
¿Te deslizas y vives una vida normal?
Si la respuesta resulta ser C, entonces su historia gana, pero las leyes de la mecánica cuántica se rompen. Si A está enredado con C, que está profundamente dentro del agujero negro, entonces esa información se pierde para Anne para siempre. Eso rompe la ley cuántica de que la información nunca se puede perder.
Eso deja a B. Si la máquina decodificadora de Anne descubre que A está enredada con B, entonces Anne gana y la relatividad general pierde. Si A está enredado con B, entonces la historia de Anne es la única historia verdadera, lo que significa que realmente te quemaste. En lugar de navegar directamente por el horizonte, como la relatividad dice que deberías, chocas con un firewall en llamas.
Entonces volvemos a donde comenzamos: ¿qué sucede cuando caes en un agujero negro? ¿Te deslizas y vives una vida normal, gracias a una realidad que depende extrañamente del observador? ¿O te acercas al horizonte del agujero negro solo para chocar con un cortafuegos mortal?
Los agujeros negros distorsionan los rayos de luz que pasan, causando “lentes” (Crédito: Ute Kraus, CC por 2.5)
Nadie sabe la respuesta, y se ha convertido en una de las preguntas más polémicas de la física fundamental.
A Anne le tomaría un tiempo extraordinariamente largo descifrar el enredo
Los físicos han pasado más de un siglo tratando de conciliar la relatividad general con la mecánica cuántica , sabiendo que eventualmente uno u otro tendría que ceder. La solución a la paradoja del firewall debería decirnos cuál y señalar el camino hacia una teoría aún más profunda del universo.
Una pista podría estar en la máquina decodificadora de Anne. Averiguar con qué otro bit de información A se enreda es un problema extraordinariamente complicado. Entonces los físicos Daniel Harlow de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey y Patrick Hayden , ahora en la Universidad de Stanford en California, se preguntaron cuánto tiempo tomaría.
En 2013 calcularon que, incluso teniendo en cuenta la computadora más rápida que las leyes de la física permitirían, a Anne le tomaría un tiempo extraordinariamente largo descifrar el enredo. Para cuando tuviera una respuesta, el agujero negro se habría evaporado por mucho tiempo , desapareciendo del universo y llevando consigo la amenaza de un cortafuegos mortal.
Centaurus A tiene un agujero negro (Crédito: ESO / WFI / MPIfR / APEX / A. Weiss / NASA / CXC / CfA / R. Kraft)
Si ese es el caso, la gran complejidad del problema podría evitar que Anne descubra qué historia es la verdadera. Eso dejaría ambas historias simultáneamente verdaderas, la realidad intrigantemente dependiente del observador, todas las leyes de la física intactas y nadie en peligro de toparse con un inexplicable muro de fuego.
Si la verdadera naturaleza de la realidad se esconde en algún lugar, el mejor lugar para mirar es un agujero negro
También le da a los físicos algo nuevo en lo que pensar: las conexiones tentadoras entre cálculos complejos (como el que Anne aparentemente no puede hacer) y el espacio-tiempo. Esto puede abrir la puerta a algo más profundo aún.
Eso es lo que pasa con los agujeros negros. No son solo obstáculos molestos para los viajeros espaciales. También son laboratorios teóricos que toman las peculiaridades más sutiles de las leyes de la física, luego las amplifican a proporciones que no pueden ignorarse.
Si la verdadera naturaleza de la realidad se esconde en algún lugar, el mejor lugar para mirar es un agujero negro. Sin embargo, probablemente sea mejor mirar desde el exterior: al menos hasta que descubran todo este firewall. O enviar a Anne. Ya es su turno.