Hemos recorrido un largo camino en 13,8 mil millones de años; pero a pesar de nuestro conocimiento impresionantemente extenso del Universo, todavía quedan algunos hilos sin atar. Por un lado, está la frecuentemente citada desconexión entre la relatividad general, la física de lo muy grande y la mecánica cuántica, la física de lo muy pequeño. Luego está el destino problemático de la información intrínseca de una partícula después de que cae en un agujero negro. Ahora, una nueva interpretación de la física fundamental intenta resolver estos dos acertijos haciendo una afirmación atrevida: a ciertas escalas, el espacio y el tiempo simplemente no existen.
Comencemos con algo que no está en duda. Gracias a la teoría de la relatividad especial de Einstein, todos podemos estar de acuerdo en que la velocidad de la luz es constante para todos los observadores. También podemos estar de acuerdo en que, si no eres un fotón, acercarte a la velocidad de la luz viene con algunas reglas bastante extravagantes, es decir, cualquiera que te mire verá que tu longitud se comprime y tu reloj se ralentiza.
Pero la desaceleración del tiempo también ocurre cerca de objetos gravitacionalmente potentes, que son descritos por la relatividad general. Entonces, si está haciendo turismo en el centro de la Vía Láctea y toma la lamentable decisión de acercarse demasiado al horizonte de eventos de nuestro agujero negro supermasivo (más siniestramente conocido como su punto de no retorno), cualquiera que observe también verá que su reloj se ralentiza. De hecho, él o ella será testigo de su movimiento hacia el horizonte de eventos que se ralentizará dramáticamente a lo largo de uninfinitocantidad de tiempo; es decir, desde la perspectiva de tu amigo ahora traumatizado, nunca cruzas el horizonte de eventos. Usted, sin embargo, no sentirá ninguna diferencia en la progresión del tiempo a medida que atraviesa esta barrera invisible, que pronto será espaguetizada por la inmensa gravedad del agujero negro.
Entonces, ¿quién está 'en lo correcto'? La relatividad dicta que el punto de vista de cada observador es igualmente válido; pero en esta situación, ambos no pueden tener razón. ¿Te enfrentas a tu desaparición en el corazón de un agujero negro, o no? (Nota: esto no es estrictamente una paradoja, pero intuitivamente, se siente un poco pegajoso).
Y hay un problema adicional, mayor. Se cree que el horizonte de eventos de un agujero negro da lugar a la radiación de Hawking, un tipo de energía que se escapa y que eventualmente conducirá tanto a la evaporación del agujero negro como a la destrucción de toda la materia y energía que alguna vez estuvo contenida en su interior. Este concepto tiene a los físicos de los agujeros negros rascándose la cabeza. Porque de acuerdo con las leyes de la física, toda la información intrínseca sobre una partícula o sistema (es decir, la función de onda cuántica) debe conservarse. No puede simplemente desaparecer.
El Dr. Stephen Hawking de la Universidad de Cambridge junto con ilustraciones de un agujero negro y un horizonte de eventos con Hawking Radiation. Continúa comprometiendo su materia gris para descubrir los secretos del Universo mientras otros intentan confirmar sus teorías existentes. (Foto: BBC, Illus .: T.Reyes)
¿Por qué todas estas extrañas paradojas? Porque los agujeros negros existen en el espacio nebuloso donde una singularidad se encuentra con la relatividad general, terreno fértil, pero sin explotar, para la elusiva teoría del todo.
Ingrese dos conceptos interesantes pero controvertidos:relatividad doblemente especialyarco iris de la gravedad.
Así como la velocidad de la luz es una constante universalmente acordada en la relatividad especial, también lo es la energía de Planck en la relatividad doblemente especial (DSR). En DSR, este valor (1,22 x 1019GeV) es la energía máxima (y por tanto, la masa máxima) que puede tener una partícula en nuestro Universo.
Dos consecuencias importantes del valor energético máximo de DSR son las unidades mínimas de tiempo y espacio. Es decir, independientemente de si se está moviendo o está parado, en un espacio vacío o cerca de un agujero negro, estará de acuerdo en que el espacio clásico se rompe a distancias más cortas que la longitud de Planck (1,6 x 10-35m) y el tiempo clásico se rompe en momentos más breves que el tiempo de Planck (5,4 x 10-44segundo).
En otras palabras, el espacio-tiempo es discreto. Existe en unidades indivisibles (aunque muy pequeñas). Cuántico abajo, clásico arriba. Agregue la relatividad general a la imagen y obtendrá la teoría del arco iris de la gravedad.
Los físicos Ahmed Farag Ali, Mir Faizal y Barun Majumder creen que estas teorías pueden usarse para explicar los enigmas de los agujeros negros antes mencionados, tanto su controvertida espaguetificación como la paradoja de la información. ¿Cómo? Según DSR y el arco iris de la gravedad, en regiones menores de 1,6 x 10-35my en ocasiones menores de 5,4 x 10-44sec ... el Universo tal como lo conocemos simplemente no existe.
'¿¿Que qué??' -Albert Einstein
“En el arco iris de la gravedad, el espacio no existe por debajo de una cierta longitud mínima, y el tiempo no existe por debajo de un cierto intervalo de tiempo mínimo”, explicó Ali, quien, junto con Faizal y Majumder, escribió un artículo sobre este tema que se publicó el mes pasado. . 'Entonces, todos los objetos que existen en el espacio y que ocurren a la vez no existen por debajo de esa longitud e intervalo de tiempo [que están asociados con la escala de Planck]'.
Afortunadamente para nosotros, cada partícula que conocemos, y por lo tanto cada partícula de la que estamos hechos, es mucho más grande que la longitud de Planck y perdura mucho más que el tiempo de Planck. Entonces, ¡uf! - tú y yo y todo lo que vemos y sabemos puede seguir existiendo. (No indagues demasiado).
El horizonte de sucesos de un agujero negro, sin embargo, es una historia diferente. Después de todo, el horizonte de eventos no está hecho de partículas. Es espacio-tiempo puro. Y según Ali y sus colegas, si pudieras observarlo en escalas de tiempo o distancia extremadamente cortas, dejaría de tener significado. No sería un punto sin retorno en absoluto. En su opinión, la paradoja solo surge cuando se trata el espacio-tiempo como continuo, sin unidades mínimas de longitud y tiempo.
“Como la paradoja de la información depende de la existencia del horizonte de eventos, y un horizonte de eventos como todos los objetos no existe por debajo de una cierta longitud e intervalo de tiempo, entonces no existe una paradoja de información absoluta en el arco iris de la gravedad. La ausencia de un horizonte efectivo significa que no hay absolutamente nada que impida que la información salga del agujero negro ”, concluyó Ali.
Sin horizonte de eventos absoluto, sin paradoja de la información.
¿Y qué hay de tu espaguetificación dentro del agujero negro? Nuevamente, depende de la escala a la que elija analizar su situación. En el arco iris de la gravedad, el espacio-tiempo es discreto; por lo tanto, las matemáticas revelan que tanto usted (el condenado en fallas) como su observador serán testigos de su desaparición dentro de un período de tiempo finito. Pero en la formulación actual de la relatividad general, donde el espacio-tiempo se describe como continuo, surge la paradoja. El in-faller, bueno, cae; mientras tanto, el observador nunca ve a la persona en caída pasar el horizonte de eventos.
“La lección más importante de este documento es que el espacio y el tiempo existen solo más allá de una cierta escala”, dijo Ali. “No hay espacio ni tiempo por debajo de esa escala. Por lo tanto, no tiene sentido definir partículas, materia o cualquier objeto, incluidos los agujeros negros, que existen en el espacio y el tiempo por debajo de esa escala. Por lo tanto, mientras nos mantengamos confinados a las escalas en las que existen tanto el espacio como el tiempo, obtendremos respuestas físicas sensatas. Sin embargo, cuando tratamos de hacer preguntas a intervalos de tiempo que están por debajo de las escalas en las que existen el espacio y el tiempo, terminamos teniendo paradojas y problemas '.
En resumen: si el espacio-tiempo continúa en escalas arbitrariamente pequeñas, las paradojas permanecen. Sin embargo, si el arco iris de la gravedad es correcto y la longitud de Planck y el tiempo de Planck son la unidad más pequeña de espacio y tiempo que existe fundamentalmente, estamos a salvo ... al menos, matemáticamente hablando. Desafortunadamente, las escalas de Planck son demasiado pequeñas para que las exploren nuestros miserables colisionadores de partículas modernos. Entonces, al menos por ahora, este trabajo proporciona otro resultado puramente teórico.
los papel fue publicado en el número del 23 de enero de Europhysics Letters. Una preimpresión del papel está disponible. aquí .