Los agujeros negros (AN) son, con mucha diferencia, los objetos físicos reales más extraños y fascinantes que existen en el Universo. Las leyes de la física predicen que en estos extraños objetos suceden fenómenos que desafían completamente la capacidad de visualización y entendimiento del cerebro humano. En este artículo veremos diez de los fenómenos más extraños (y desconocidos) sobre estos misteriosos objetos que pueblan nuestro Universo.
6º) COMPLEMENTARIEDAD: LA DOBLE CARA DE LOS AGUJEROS NEGROS
Este apartado explica una faceta sorprendente de los AN que, sin embargo, constituye una de las propuestas más prometedoras para explicar gran parte de las paradojas que rodean a estos objetos. La idea clave del concepto de complementariedad es que la naturaleza de los microestados del AN depende del sistema de referencia del
observador: un observador exterior observará estados termales mientras que un observador cerca del horizonte observará estados de vacío. Esto nos muestra una realidad sorprendente: la naturaleza de los microestados de un AN depende del sistema de referencia. A primera vista esto parece descabellado sin embargo, este fenómeno es similar a fenómenos físicos bien establecidos como el efecto Unruh. La complementariedad de los AN se debería a que los experimentos realizados por ambos observadores mostrarían resultados diferentes: desde el sistema de referencia de un observador lejano el interior del AN no existe, este está causalmente desconectado y no hay ningún sistema de referencia en el que se pueda describir el interior, lejos del horizonte hay una gran densidad de estados y los modos están tan desplazados al rojo que el observador solo observa un baño térmico, por el contrario, desde el sistema de referencia de un observador que pasa el horizonte la densidad de estados es baja, este solo observa un espacio-tiempo suave y nada extraño sucede al atravesar el horizonte.
7º) EN EL INTERIOR DEL AN EXISTEN SINGULARIDADES ESPACIALES Y TEMPORALES
Un AN de Schwarzschild (eterno y sin rotación) tiene una singularidad en el tiempo (space-like), sin embargo,un AN de Kerr (con rotación) tiene una singularidad en el espacio (time-like). Esto quiere decir que si tomamos un AN en reposo y le aplicamos una rotación existirá un momento en el que la singularidad "time-like" se transforma
en una singularidad "space-like". Las singularidades "time-like" son singularidades en el espacio, es decir, existe un lugar en el espacio donde la definición de lo que conocemos por "espacio-tiempo" deja de tener sentido (aún no sabemos que sucede en este lugar). Este tipo se singularidades son "tratables" matemáticamente: en ciertos casos, teorías como la teoría de cuerdas permiten evitarlas. Las singularidades "space-like" son singularidades en el tiempo, es decir, el "punto" donde reside la singularidad no es un lugar sino un instante de tiempo. Este tipo de singularidades aun no son tratables matemáticamente y es probable que su resolución esté ligada al misterio de la naturaleza del tiempo.
8º) EL AN PUEDE COMUNICAR CON OTRO ESPACIO-TIEMPO
El propio Einstein y su estudiante Rosen hicieron un descubrimiento sorprendente: si tomamos las ecuaciones de la relatividad general para un AN de Schwarchild y aplicamos una técnica matemática denominada continuación analítica encontramos que las ecuaciones representan realmente dos espacio-tiempos distintos: el primero es el AN de Schwarchild usual y el segundo representa otro AN pero con el tiempo invertido, es decir, la materia en lugar de caer hacia el AN saldría despedida hacia el exterior. Este segundo AN se denomina agujero blanco. Ambos espacio-tiempos están unidos en el interior del AN por una especie de "puente" o "garganta" que se
denomina "puente de Einstein-Rosen" o más comunmente "agujero de gusano". Desde su descubrimiento original se han encontrado numerosos tipos de agujeros de gusano: traversables y no traversables, rotatorios y no rotatorios, microcópicos o macroscópcios, etc. incluso se ha postulado que muchos de los AN conocidos son en realidad agujeros de gusano. Aún no sabemos si estos increíbles objetos existen, es posible que muy pronto lo sepamos gracias a telescopios como el Event Horiont Telescopy o a los experimentos de detección de ondas gravitatorias.
9º) LOS AN PODRÍAN TENER UN SISTEMA CUÁNTICO DUAL
La famosa dualidad AdS/CFT nos dice que un espacio tiempo AdS (curvatura negativa) es equivalente a un sistema cuántico conforme definido en el "borde" en una dimensión menor (una CFT). La geometría de un AN es aproximadamente AdS lo que implicaría que tendría un sistema cuántido dual definido en el "borde" del AN. Esta CFT dual tendría una entropía asociada equivalente a la entropía de Bekenstein-Hawking y por tanto contendría la información de todos los microestados del AN, es decir, la CFT asociada al AN contiene toda la información relativa al espacio-tiempo del AN. Esta imagen del AN está asociada al llamado principio holográfico: toda la información del AN de 4 dimensiones está contenida en el "borde" del mismo que tiene 3 dimensiones (similar a la información contenida en un holograma).
10º) CIERTOS AN PUEDEN ESTAR ENTRELAZADOS
La dualidad AdS/CFT aplicada a AN tiene una consecuencia sorprendente: si los microestados de las 2 CFTs están entrelazados entonces los microestados de los espacio-tiempos duales (los 2 espacio-tiempos AdS que representan los AN) tienen que estar unidos mediante un puente de Einstein-Rosen. Esto sucedería incluso en
el caso de que ambos espacio-tiempos estén separados cientos o miles de años luz. Este fenómeno abriría la posibilidad de que los agujeros de gusano estuviesen relacionados con el entrelazamiento cuántico y de que haya regiones lejanas del Universo conectadas entre sí. Existe aún mucha controversia sobre si los agujeros
de gusano, de existir, son estables a nivel cuántico. Diversos estudios sugieren que cualquier pequeña perturbación destruiría el agujero de gusano, sin embargo, existen otros estudios que permitirían evitar dicha conclusión en determinadas circunstancias. Sean o no reales los agujeros de gusano una cosa está clara: los AN son los objetos físicos más extraños y fascinantes que existen y en su interior se encuentra la respuesta
al enigma más grande de la Física fundamental, la naturaleza última del espacio-tiempo.