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Solución de la Relatividad General en la que el Universo es el interior de un agujero negro

Área: Física — lunes, 12 de abril de 2010

Según un estudio teórico puede que nuestro universo esté en el interior de un agujero de gusano que, a su vez, sea parte de un agujero negro situado en un universo mucho más grande.

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El escenario ha sido descrito por el físico Nikodem Poplawski, de Indiana University, en Physics Letters B en un artículo ya disponible on line.
Poplawski ha utilizado el sistema de coordenadas tipo Kruskal para describir el campo gravitatorio de un agujero negro y modelar el movimiento geodésico radial de una partícula masiva que entra en un agujero negro.
Específicamente, ha estudiado el movimiento radial de una partícula para dos geometrías concretas. Una para la solución Schwarzschild de la Relatividad General (RG), que describe el espacio alrededor de un agujero negro convencional y otra para la solución Einstein-Rosen que describe un agujero de gusano.
Este movimiento no puede ser observado experimentalmente una vez la partícula cruce el horizonte de sucesos, a no ser que el observador haga lo propio. El interior de un agujero negro está oculto por el horizonte de sucesos.
Si un agujero negro responde a la métrica de Schwarzschild, los teoremas de singularidad de Penrose nos garantizan que, si la materia que cae satisface condiciones de energía razonables, algunas geodésicas quedan incompletas en el interior del agujero negro, es decir, se encuentran con una singularidad.
Por otro lado, en un agujero negro con la métrica de Einstein-Rosen se puede demostrar que las geodésicas de género tiempo están completas y no presentan problemas de singularidades.
La diferencia entre el carácter del movimiento radial detrás del horizonte de sucesos entre un agujero tipo Schwarzschild y otro tipo Einstein-Rosen indica que estas soluciones son diferentes respecto a la naturaleza de su interior y equivalentes respecto a la naturaleza de su exterior. Para un observador distante ambas soluciones son prácticamente iguales.
Los problemas de singularidad del interior de la métrica de Schwarzschild se pueden evitar si pegamos a la altura del horizonte de sucesos común una métrica de Einstein-Rosen. Esto se puede hacer matemáticamente porque esta métrica existe también en coordenadas de Schwarzschild. Por el otro lado se puede hacer lo mismo y así tendremos dos exteriores Schwarzschild con un interior Einstein-Rosen. Al parecer esta “solución empalmada” de la RG es matemáticamente legítima.
Bajo esta perspectiva podemos conectar dos agujeros con métricas Schwarzschild a través de un puente de Einstein-Rosen y así crear un agujero de gusano por el que se puede viajar de un lado a otro sin problemas.
Según afirma este investigador, nuestro universo podría haberse formado en el interior de un agujero negro ya existente y que a su vez estuviera en otro universo. Su razonamiento es como sigue a continuación.
Como la Relatividad General no escoge una orientación temporal, sino que es invertible temporalmente, si un agujero negro puede formarse a partir del colapso gravitatorio de materia a través del horizonte de sucesos hacia el futuro, entonces el proceso inverso es también posible. Es lo que se puede denominar un agujero blanco: un agujero negro invertido temporalmente. Es decir, una explosión de materia emergiendo desde un horizonte de sucesos en el pasado, de manera similar a un universo en expansión.
Como hemos visto, las soluciones exteriores que hemos expuesto para ambas métricas son indistinguibles para un observador lejano, no presentando problemas, pero la naturaleza del interior de un agujero negro no puede ser determinada satisfactoriamente a no ser que haya un observador allí, y esta condición se puede satisfacer si precisamente el universo fuera el interior de un agujero negro existente en un universo mayor. En este escenario, el universo nace del interior de un agujero negro tipo Einstein-Rosen, evitando así los problemas clásicos del modelo Big Bang estándar.
En definitiva, estudiando el colapso gravitatorio de una esfera de polvo en coordenadas isotrópicas y usando los actuales conocimientos teóricos (clásicos y no cuánticos) relativos a agujeros negros se pueden describir situaciones en las que un universo puede aparecer en el interior de una agujero negro sin que aparezcan los problemas tradicionales relativos al Big Bang y a la pérdida de información en agujeros negros (según la cual toda información acerca de la materia que cae en un agujero negro se pierde, algo que desafía la idea que tenemos sobre la Física).
Según este investigador su modelo podría explicar incluso el origen de la inflación cósmica.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3093

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Copia del artículo original en ArXiv.
Ilustración: AllenMcC (Creative Commons Attribution Sharealike 3.0).

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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5 Comentarios

  1. lluís:

    Una idea muy bonita ciertamente, y más además, según se dice en la nota, daría solución a algunos problemas que presenta el Big-Bang,incluida la inobservada, al menos directamente, “inflación exponencial”.Claro que conviene tener presente que las matemáticas son libres y la física no. Gödel también describió un universo como un quéso de Emmental, lleno de “agujeros de gusano”.A ver si al final va a resultar que podremos viajar atrás en el tiempo.

  2. NeoFronteras:

    Pese a las “máquinas conceptuales” el viaje hacia atrás en el tiempo presenta un gravísimo inconveniente: viola la causalidad.

    Sin causalidad no tenemos nada. Curioso que hasta hace poco se pasara este detalle por alto en las teorías físicas. Salvo en el caso reciente de los símplices causales. Basta considera que la causalidad existe y empiezan a funcionar las cosas.

    En cuanto a esta “solución” no deja de ser un juguete teórico. Las ecuaciones de Einstein no solamente son ecuaciones diferenciales, sino que además son muy complicadas. Sólo conocemos unas pocas soluciones analíticas de ellas. Es curioso pensar que están ahí ocultas y que no podamos hallarlas. Quizás una de ellas da con un modelo cosmológico sin problemas ni singularidades.

  3. Jorge Saffores:

    “Esa teoría parece interesante, pero no la veo lo suficientemente ilógica y absurda como para considerarla valiosa.” Niels Bohr.-

  4. Jose:

    Muy bueno si señor …

    Es decir, el tiempo se dilata en las inmediaciones de un agujero negro …

    un saludo.

  5. Grettel Rivera:

    Excelente la página, felicitaciones. Me gustaría saber cuál es el público al que ustedes desean llegar, porque por lo menos, mi área son las ciencias sociales, soy estudiante de periodismo, especialmente interesada en el periodismo científico, amo la ciencia y más que nada, todo lo relacionado con la astronomía y la evolución, sin embargo para lectoras como yo, que sabemos lo básico de física y de astronomía, se nos hace difícil entender cuando utilizan un lenguaje tan técnico y especializado. Espero que tomen en cuenta mi sugerencia de tratar de emplear en lo posible un lenguaje más sencillo para llegarle a un mayor público.

    Saludos,

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