Los cosmólogos estudian a los agujeros negros, de los cuales se entiende que su existencia es prácticamente un hecho, aunque no se ha confirmado directamente este hecho. Sin embargo, cuando se habla de estos objetos del universo, se especulan muchas cosas. Por ejemplo, ahora se piensa sobre lo que pasa cerca del centro de un agujero negro y las consecuencias, que pueden ser ahora posibles gracias a la “gravedad cuántica de bucle”, una teoría que utiliza la mecánica cuántica para extender la física gravitatoria más allá de la teoría de la relatividad general de Einstein.
La gravedad cuántica de bucles, originada en la Universidad estatal de Pennsylvania y después desarrollada por muchos científicos alrededor del mundo, abre un nuevo paradigma de la física moderna. Esta teoría parece ser la más factible en lo que se refiere a fenómenos extremos astrofísicos y cosmológicos en algunas partes del vasto universo, como los agujeros negros, donde la teoría de la relatividad general parece dejar de ser útil.
Trabajos previos sobre la gravedad cuántica de bucles han influenciado la idea de la naturaleza cuántica del Big Bang y ahora dos nuevos artículos extienden los resultados al interior de los agujeros negros. Estas nuevas ideas aparecen en las “sugerencias del editor” de Physical Review Letters y Physical Review, del 10 de diciembre del 2018. Los artículos son de Abhay Ashtekar y Javier Olmedo, de la Universidad de Pennsylvania y de Parampreet Singh, de la Universidad de Louisiana.
“La mejor teoría de la gravedad que tenemos hasta ahora es la teoría general de la relatividad, pero ésta tiene limitaciones”, dice Ashtekar, que entre otras distinciones, es el Director del Instituto para la Gravitación y el Cosmos en la Universidad Estatal de Pennsylvania. “Por ejemplo, la teoría general de la relatividad predice que hay lugares en el universo donde la gravedad se vuelve infinita y el espacio-tiempo simplemente termina. Nos referimos a estos lugares como ‘singularidades’. Pero incluso Einstein estaba de acuerdo de que esta limitación a su teoría es del hecho de que se está ignorando la mecánica cuántica”, dice el científico.
En el centro de un agujero negro la gravedad es tan fuerte que, de acuerdo a la relatividad general, el espacio tiempo se vuelve extremadamente curvo de forma que en última instancia la curvatura se vuelve infinita. Este resultado tiene un serio inconveniente, pues va más allá de toda existencia de lo físico y entonces se denomina una singularidad. Otro ejemplo de singularidad puede ser el Big Bang. Si nos preguntamos qué pasó antes del Big Bang, la pregunta carece de sentido porque no hay antes. Pero si se hacen modificaciones a las ecuaciones de Einstein, y se incorpora la mecánica cuántica de bucles, los investigadores pueden extender la física más allá del Big Bang y hacer predicciones. Los dos artículos mencionados buscan tratar el problema de la singularidad de un agujero negro.
“Lo básico en la gravedad cuántica de bucles es el descubrimiento de que la geometría del espacio-tiempo, descubierta por Einstein, no es una etapa en donde ocurren y actúan los eventos cosmológicos, sino que se trata de una entidad física que puede doblarse”, dice Ashtekar. “Como una entidad física, la geometría del espacio-tiempo está construida entonces de unidades fundamentales, así como la materia está construida de átomos. Estas unidades geométricas -llamadas ‘excitadores cuánticos’- son más pequeños en órdenes de magnitud y no lo podemos detectar con la tecnología actual, pero tenemos las ecuaciones cuánticas precisas que predicen su comportamiento y uno de los mejores lugares para nuestras investigaciones son precisamente los agujeros negros”.
De acuerdo a la relatividad general, en el centro de un agujero negro la gravedad se vuelve infinita de manera que todo lo que hay ahí, incluyendo la información ara los cálculos en física, se pierde. Esto nos lleva a la celebrada “paradoja de la información”, que los físicos teóricos han manejado por más de 40 años. Sin embargo, las correcciones cuánticas de la gravedad cuántica de bucle permiten una fuerza repulsiva que puede abrumar incluso la fuerza más fuerte de la gravedad clásica y, por lo tanto, la física puede seguir existiendo. Esto abre una avenida para mostrar en detalle que no se pierde la información en el centro del agujero negro, lo cual es en lo que están trabajando los científicos.
Estudios pasados han trabajado ya con estas singularidades, pero han enfrentado un sinfín de problemas. “Con nuestra nueva teoría, las limitaciones desaparecen”, dice Ashtekar.