Los agujeros negros no existen… ¿Revolución o “boutade”?

agujero negro

Stephen Hawking se ha ganado un merecido lugar de privilegio en la historia de la física. Su trabajo en la teoría de agujeros negros es universalmente aclamado como uno de los más influyentes de finales del siglo XX. Por esta razón resulta chocante la mera atribución de una declaración tan radical como la del título. Entendida en un sentido literal, anularía la mayor parte de sus contribuciones a la ciencia, junto con las de miles de investigadores que han estudiado los agujeros negros durante buena parte del siglo XX.

Dejando de lado la bien conocida vena sarcástica y provocativa de Hawking, o la posible exageración de los medios, quizá conviene poner la anterior declaración en un contexto más preciso.

Según la teoría de la relatividad de Einstein, los agujeros negros son regiones del espacio en las que se puede entrar, pero de las cuales no se puede salir sin superar la velocidad de la luz, algo imposible de conseguir. La misma teoría de Einstein asegura que estas regiones se pueden formar a partir de situaciones físicamente realizables. Por ejemplo, una nube suficientemente grande de polvo formaría un agujero negro al colapsar bajo su propia gravedad, pudiendo alcanzar la fase irreversible con densidades arbitrariamente bajas. Por tanto, con las leyes fundamentales de la física en la mano, debemos concluir que los agujeros negros son inevitables.

Paralelamente, los astrofísicos llevan medio siglo acumulando evidencia indirecta de la existencia de agujeros negros asociados a multitud de episodios de emisión violenta de energía en entornos estelares o galácticos. Hasta nuestra propia galaxia tiene uno de esos monstruos en su centro, con una masa de unos cuantos millones de soles, como se deduce del estudio detallado de las órbitas estelares próximas al centro de la galaxia.

Stephen Hawking
Stephen Hawking

En 1975 Hawking estableció que los agujeros negros se evaporan lentamente, emitiendo toda su energía en forma de radiación. Este fenómeno se produce como resultado de las fluctuaciones cuánticas del horizonte de sucesos (el “borde negro” del agujero). Así que el agujero no es tan negro después de todo. Parecería que se puede acabar saliendo al cabo de mucho tiempo, descompuesto en un gas de partículas. Sin embargo, el mecanismo propuesto por Hawking sugiere que la radiación carece de estructura, siendo independiente de los detalles de todo aquello que alguna vez cayó en el agujero negro. Básicamente, el material que cae no tiene tiempo de afectar la radiación antes de precipitarse en una singularidad ineludible. De ahí la conclusión original de Hawking: la relatividad asegura que el horizonte seguiría existiendo para la información, que simplemente desaparecería en la singularidad.

La desaparición de la información es incompatible con las leyes básicas de la física cuántica. Así que el argumento de Hawking exhibe un conflicto entre los dos pilares de la física moderna: la teoría de la relatividad por una parte y la física cuántica por otra. La destilación de esta contradicción es tal vez la mayor contribución de Hawking a la física, puesto que tales situaciones de conflicto entre leyes básicas siempre han sido heraldos de revoluciones conceptuales a lo largo de la historia.

La mayoría de los expertos opinan que la información emerge con la radiación, debido a efectos sutiles que corregirían el cálculo original de Hawking. Después de todo, resulta sospechoso que la desaparición final de la información ocurra en la singularidad, sobre la que no tenemos ningún control teórico.

Sin embargo, después de cuarenta años no existe consenso acerca del mecanismo específico por el cual la información acaba escapando al horizonte. La visión dominante, basada en la revolucionaria idea de la “holografía gravitacional”, debida principalmente a Gerard ´t Hooft y Leonard Susskind, propone que la información está totalmente deslocalizada sobre el horizonte. El interior del agujero, incluida la propia singularidad, son descripciones aproximadas de una dinámica que “realmente” ocurre en el horizonte, de la misma manera que un holograma es una imagen tridimensional que está codificada en unos “píxels” alojados en una película bidimensional.

La holografía gravitacional supone una revolución en los mismos fundamentos de la física, puesto que viene a decir que el espacio sólo tiene una existencia aproximada. Así pues, ¡esto es mucho más radical que el propio dictum de Hawking sobre la no existencia de los agujeros negros!

Tratándose de algo tan exótico, no es extraño que la idea siga envuelta a las nieblas de la confusión, ya que por desgracia no disponemos de situaciones experimentales manejables capaces de guiarnos. En 1997 el joven físico argentino Juan Maldacena encontró un modelo matemático que realiza la holografía. Este modelo está basado en un espacio con curvatura negativa, a diferencia de nuestro universo, que parece tener curvatura positiva en gran escala. Lo interesante es que, en el modelo de Maldacena, la paradoja de Hawking se resuelve a favor de la mecánica cuántica: la información vuelve, aunque no es fácil trazar su camino detallado. Aunque no directamente relevante para el mundo real, el resultado de Maldacena fue suficiente para convencer a Hawking, que finalmente cambió de opinión en 2004, admitiendo que la información debería volver después de todo.

Sin embargo, el debate se ha recrudecido durante los últimos años. Algunos físicos han propuesto que la singularidad emigra gradualmente hacia el horizonte a medida que el agujero negro se evapora, colocándose justo detrás cuando el agujero envejece suficientemente. La sugerencia de Hawking debe ser interpretada en el contexto de estos debates. No resulta fácil evaluar el contenido exacto de sus ideas, puesto que el artículo en cuestión carece de desarrollos matemáticos pero, en primera aproximación, es compatible con el escenario de la holografía.

En cualquier caso, la “no existencia” de agujeros negros debe entenderse en el sentido de que el horizonte, entendido como una frontera causal absoluta, no estaría estrictamente ahí, aunque sí de forma aproximada durante mucho tiempo. A pesar de su importancia como cuestiones de principio, todos estos detalles son bastante irrelevantes en la práctica. El agujero negro en el centro de nuestra galaxia tardaría diez elevado a setenta veces la edad del universo en evaporarse si estuviera en el vacío. Como ni siquiera está en el vacío, sino rodeado de material, incluida la omnipresente radiación cósmica de fondo, aun seguirá creciendo durante mucho tiempo.

Una reflexión final. Más allá de las situaciones anecdóticas sobre la interacción entre los medios y los científicos, especialmente aquellos que son celebridades populares, sería deseable un mayor rigor por ambas partes al tratar con ideas especulativas, que son fascinantes pero a todas luces prematuras y confusas. Más aun cuando el edificio de la física está plagado de habitaciones bien sólidas, dotadas de una belleza sobrecogedora, y muy poco frecuentadas por la mayor parte de los profesionales de la divulgación científica.

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Este artículo nos lo envía José Luis Fernández Barbón, Doctor en Física Teórica por la Universidad Autónoma de Madrid y ha trabajado en algunos de los centros de investigación más importantes del mundo, como la Universidad de Princeton o el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN). Actualmente es investigador en el Instituto de Física Teórica UAM/CSIC (Madrid) y un experto en el estudio teórico de las propiedades de los agujeros negros.

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Por Colaborador Invitado
Publicado el ⌚ 4 febrero, 2014
Categoría(s): ✓ Astronomía • Física