Stephen Hawking afirma que los agujeros negros no existen tal como se los suponía

La mayoría de los científicos no se atrevería a afirmar que los agujeros negros no existen, por lo menos no lo afirmarían tan abiertamente porque lo más probable es que fuesen expulsados del grupo de trabajo o al menos aislados de la comunidad científica. Pero cuando el que lo dice es el mismísimo Stephen Hawking, la cosa es muy diferente y vale la pena prestar atención a esos dichos. En un artículo publicado en Internet, el físico, con residencia académica en la Universidad de Cambridge, Reino Unido, y uno de los creadores de la moderna teoría de los agujeros negros (junto con Roger Penrose), a eliminado la noción de existencia de un horizonte de sucesos, la frontera invisible en torno a un agujero negro desde donde ya nada podrá salir una vez que lo ha atravesado.

En su lugar, propone un entorno menos radical y en cierto sentido más benigno el cual se podría denominar “horizonte de sucesos aparente” o simplemente horizonte aparente. Éste mantendría temporalmente la materia y la energía aprisionadas dentro del agujero negro antes de una eventual liberación, eso dí, de una manera bastante más confusa.

Hawking afirma que según la teoría clásica, nada puede escapar de un agujero negro. Sin embargo, la teoría cuántica sí que permite que la energía y la información escapen de estos objetos celestes. Para explicar ello, dice, se requeriría de una teoría que combine la gravedad con las otras tres fuerzas fundamentales de la naturaleza (teoría que hace muchos años es buscada y que ha eludido a las mentes más brillantes de la física por más de cienaños.

Stephen Hawking publicó este artículo el 22 de enero del corriente año titulándolo: “Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes” y todavía tiene que pasar la revisión de la comunidad científica.

Representación artística de un agujero negro. Crédito: NASA

El documento se basa en una charla que dio a través de Skype, en una reunión en el Instituto Kavli de Física Teórica en Santa Barbara, California, en agosto del año 2013 (ver video de la charla ).

Luchando contra la paradoja del muro de fuego

La nueva obra de Hawking es un intento de resolver lo que se conoce como la paradoja del muro de fuego o paradoja de firewall de un agujero negro, que ha venido inquietado a los físicos durante casi dos años, después de que fuera descubierto por el físico teórico Joseph Polchinski del Instituto Kavli y sus colegas (véase “Astrophysics: Fire in the hole!”).

En un experimento de pensamiento, los físicos se preguntaron qué le sucedería a un astronauta si cae por desgracia hacia un agujero negro. ¿Qué le pasaría al momento de atravesar el horizonte de sucesos? Es decir, un horizonte de sucesos es una consecuencias directa del colapso de cualquier objeto cuya velocidad de escape supere a la de la luz en el vacío y fue predicho matemáticamente de una manera muy simple por el astrónomo alemán Karl Schwarzschild en una misiva que le escribió a Einstein a finales de 1915 , menos de un mes después de la publicación de la teoría General de la Relatividad.

En ese cuadro de pensamiento, los físicos concluyeron durante mucho tiempo que el astronauta ni siquiera se enteraría de su muerte inminente mientras se estiraría rumbo a la singularidad quedando literalmente como un fideo, un spaghetti. 

Pero un análisis más detallado de la situación por parte del equipo de Polchinski llegó a la conclusión sorprendente de que las leyes de la mecánica cuántica, las que gobiernan el mundo de lo muy pequeño, de las entidades subatómicas, cambian por completo la situación anterior. La teoría cuántica afirma o dicta que el horizonte de sucesos realmente se transforma en una región de alta energía o “Firewall” que haría que el astronauta se quemase en una bola de plasma resplandeciente mucho antes de llegar a la singularidad del agujero negro.

Esto es alarmante ya que a pesar de que el muro de fuego obedece a las leyes de la cuántica y por lo tanto a las leyes del Universo, está en contradicción directa con la Teoría General de la Relatividad. La misma afirma (y es una de las teorías más probadas hasta la fecha) que un objeto en caída libre no podrá diferenciar precisamente en qué lugar del Universo está, porque percibirá las leyes de la física de manera idéntica en todas partes. De modo que no podría decir si se halla en libertad de cualquier masa cercana, cayendo hacia una estrella o cayendo hacia un agujero negro. Y en este aspecto el horizonte de sucesos no sería nada especial, más que una región en la cual la velocidad de escape superaría a la velocidad de la luz en el vacío.

Más allá del horizonte de sucesos

Ahora Hawking propone una tercera y tentadora opción. En ella, la Mecánica Cuántica y la Relatividad General permanecen intactas, pero los agujeros negros simplemente no tienen un horizonte de sucesos. La clave de su argumento es que los efectos cuánticos en el espacio-tiempo en torno a un agujero fluctúan demasiado “salvajemente” como para que se delimite una superficie clara o un límite definido. De modo que el horizonte de sucesos, de esta manera, deja de existir.

En el lugar del horizonte de sucesos, Hawking invoca a un horizonte aparente, una superficie difusa a lo ancho de la cual los rayos de luz (o los fotones de radiación electromagnética) quedarán suspendidos mientras intentan escapar del agujero negro.

Representación artística de un disco de acreción de un agujero negro,.

Crédito: NASA

Para la Relatividad General los dos horizontes de sucesos (el tradicional y el propuesto por Hawking) serían la misma cosa mientras el agujero negro sea invariante, porque la luz tratará de escapar de la singularidad llegando sólo al límite permitido por la teoría (su velocidad en el vacío). Sin embargo, los dos horizontes de suceso podría en principio ser distinguibles pues los agujeros negros no son estáticos, dado que se agrandan (el horizonte de sucesos) a medida que fagocitan materia. La singularidad no puede agrandarse pues es por definición un punto unidimensional, pero sí se puede agrandar el entorno hasta llegar al horizonte de sucesos tradicional.

Los agujeros negros no son tan negros

Debemos recordar que en la década de 1970 Hawking también teorizó que un agujero negro podía en realidad radiar energía en lo que se denominó “Radiación Hawking” En este caso, pensando en la teoría actual, el horizonte de sucesos tradicional sería más pequeño que el horizonte de sucesos aparente. Entonces, en la nueva propuesta del físico, el horizonte aparente sería el verdadero límite. "La ausencia de horizontes de sucesos significa que no existen agujeros negros -en el sentido tradicional de que la luz no puede escapar al infinipo por toparse con una región definida del espacio-tiempo ", escribe Hawking.

El físico y experto en agujeros negros Don Page, de la niversidad de Alberta en Edmonton, Canadá, quién colaboró con Hawking en 1970 afirmó a su vez que el panorama propuesto por Hawking sonaba razonable. Dijo, sin embargo, que sería radical afirmar que no existen horizontes de sucesos, pero que están son condiciones que se dan solamente en la cuántica. De modo que no hay ambigüedad sobre lo que la Teoría de la Relatividad afirma, que hay un horizonte de sucesos bien definido en el espacio-tiempo 

Aunque Don Page acepta la propuesta de que podría existir un agujero negro sin horizonte de sucesos, se pregunta si esto es suficiente para superar la paradoja de firewall. Afirma que Incluso la presencia de un horizonte de sucesos aparente sería efímera y advierte que esto bien podría causar las mismas complicaciones que un horizonte de sucesos tradicional.

Stephen Hawking

A diferencia del este horizonte de sucesos, el horizonte aparente finalmente se puede disolver. De esta manera, Hawking está abriendo las puertas a un escenario tan extremo como el que afirma que nada, en principio, puede escapar de un agujero negro. Aunque Hawking no especifica en su artículo exactamente cómo desaparecería un horizonte aparente, Don Page especula que cuando el mismo se ha reducido a un tamaño determinado, los efectos de la Mecánica Cuántica y la Relatividad General (la gravedad) se combinarían y harían plausible esta disolución. En ese momento, todo lo que alguna vez cayó dentro del agujero negro sería puesto en libertad (aunque no en el mismo estado en que cayó, por supuesto).

La singularidad se mantendría a pesar del horizonte aparente

Si la afirmación de Hawking es correcta, incluso se mantendría la singularidad central dentro del agujero negro (ya sea puntual o anular). En cambio, la materia se movería de manera gradual tras el horizonte aparente en ruta hacia la singularidad del agujero negro. La información, de esta manera, no sería destruida pero sería “revuelta” de tal manera que nada se podría recuperar a partir de la liberación por parte de la radiación Hawking. Es decir, lo que sale de un agujero negro en forma de radiación Hawking no se parece en nada a lo que entró (Aunque sí se conservaría el momento angular y la carga eléctrica)

"Sería peor que tratar de reconstruir un libro que se quemó hasta sus cenizas", dice Don Page. En su documento, Hawking lo compara con tratar de pronosticar el tiempo por muy a futuro: en teoría es posible, pero en la práctica es muy difícil de hacer con mucha precisión.

Polchinski, sin embargo, es escéptico de que podrían existir agujeros negros sin un horizonte de sucesos en la naturaleza. El tipo de fluctuaciones violentas necesarias para borrar el horizonte de sucesos es demasiado raro en el Universo, dice. "En la gravedad de Einstein, el horizonte de sucesos del agujero negro no es tan diferente de cualquier otra parte del espacio", dice Polchinski. "Nunca vemos que el espacio-tiempo fluctúa en nuestro propio barrio: esto es demasiado raro en gran escala."

Raphael Bousso, un físico teórico en la Universidad de California en Berkeley, y un antiguo alumno de Hawking, dice que esta última contribución pone de relieve cómo los físicos trabajan al extremo intentando resolver los problemas, como en este caso la existencia de firewalls. Sin embargo, también es cauteloso acerca de la solución que propone el eminente físico que fue su maestro. "La idea de que no hay ningún punto a partir del cual no se puede escapar de un agujero negro es en cierto modo una sugerencia aún más radical y problemática que la existencia del firewalls", dice. "Pero el hecho de que todavía estamos discutiendo estas cuestiones 40 años después de los primeros trabajos de Hawking sobre agujeros negros es un testimonio de su enorme importancia."

Traducido y adaptado por Mariano Miguel Lanzi. 
Desde: Nature.

http://www.nature.com/news/stephen-hawking-there-are-no-black-holes-1.14583

Cuya fuente original es

http://arxiv.org/abs/1401.5761