NeoFronteras

Siguen explorando el uso de modelos con universos bebé y agujeros negros no singulares a la hora de explicar problemas de la Física moderna.

A veces los físicos teóricos, a falta de resultados experimentales, pueden caer en cierta metafísica cuando especulan sobre ciertos aspectos. Incluso pueden revisitar los mismos parajes teóricos una y otra vez en busca de místicas respuestas. Uno de estos parajes típicos es el de los universos bebé y los agujeros negros, que ha sido estudiado durante las últimas décadas, incluso por Stephen Hawking. Según este tipo de ideas al final de un agujero negro se generaría otro universo e incluso nuestro propio universo se podría haber generado así.
Como todos sabemos, la Relatividad General (RG) tiene problemas a la hora de decir qué pasa en el centro de un agujero o cómo fue el Big Bang. A esos regímenes se produce una singularidad, un punto de infinita densidad en donde la Física deja de existir (o no podemos describirla). Nikodem Poplawski, de la Universidad de Indiana, comenta en Inside Science su trabajo a la hora de evitar estas singularidades y propone soluciones a otros aspectos de la Física actual que está aún por aclarar, como la flecha del tiempo, la asimetría entre materia y antimateria o la materia y energía oscuras. Según él nuestro universo estaría al final del interior de un agujero negro y no habría singularidades físicamente imposibles en él. Serían lugares de alta densidad, pero no de densidad infinita.
El problema fundamental de la Física moderna es que la RG es una teoría clásica que no tiene en cuenta efectos cuánticos y la Mecánica Cuántica no tiene en cuenta efectos gravitatorios. Pero justo en las supuestas singularidades, lugares de intensa gravedad pero minúsculos, tienen que darse efectos cuánticos. Digamos que a la RG se le exige que funcione por encima de su límite de aplicabilidad y como resultado nos proporciona unos sinsentidos a los que llamamos singularidades. Es de esperar que una teoría cuántica de la gravedad, de la que aún carecemos, explique bien la física a esos regímenes y elimine las singularidades.
Este físico ha estado trabajando con una teoría de la RG modificada que incorpora efectos cuánticos denominada teoría de gravedad Einstein-Cartan-Sciama-Kibble. Se empezó a trabajar en esta teoría en los años sesenta del pasado siglo y es una aproximación a lo que sería una verdadera teoría cuántica de la gravedad.
Uno de los aspectos interesantes que incorpora esta teoría es el concepto de spin, que tanta importancia tiene en el mundo de las partículas elementales. En este esquema las partículas interaccionan con el espacio-tiempo a través de su spin introduciendo una torsión al mismo. Digamos que el espacio puede llegar a retorcerse.
En general esta torsión sería despreciable, pero en el interior de un agujero negro, en el Big Bang o en otros escenarios altamente energéticos la torsión sería muy significativa y se manifestaría como una fuerza repulsiva en contra de la gravedad. De este modo, durante el colapso de un agujero negro, nunca se llegaría a un régimen de densidad infinita, pues esta torsión lo impediría. La torsión sería cada vez más fuerte y evitaría un colapso total. La materia estaría concentrada a una densidad altísima, pero no sería infinita. Esa altísima densidad, sin embargo, tendría como consecuencia una alta energía gravitatoria que daría lugar a una gran producción de partículas que aumentaría la masa en el interior del sistema. Muchas de las partículas generadas tendrían spin y el efecto de todas ellas aumentaría la torsión, lo que aumentaría la fuerza de repulsión. Al final se produciría un rebote y se generaría un Big Bang al “otro lado” del agujero negro que produciría otro universo que se expandiría. Además la teoría produce, según este modelo, un universo que encaja con el universo observado en forma, geometría y distribución de masa.
Poplawski usa una metáfora para simbolizar el modelo que emplea dos botellas conectadas a modo de reloj de arena (ver foto). La botella de arriba sería el agujero negro y la conexión entre las dos un agujero de gusano que daría lugar a otro universo en crecimiento. El vórtice que se forma simbolizaría la torsión en el sistema.
Según esta idea cada agujero negro produciría un universo o contendría un “universo bebé”. Un observador no puede comprobar si esto es así, pues no sobreviviría ni a la caída en el agujero negro ni al estado de máxima densidad en donde se produce quizás un “reinicio” de la física.
Esto sugiere que nuestro propio universo se podría haber generado de la misma manera. No podemos esperar vivistas de los habitantes del universo previo al nuestro, ni ellos sabrán nunca qué es lo que está pasando aquí. Pero bajo esta perspectiva se pueden solucionar muchos aspectos que trae de cabeza a la Física moderna, según este investigador.
La materia cayendo a través del horizonte de sucesos imprime una dirección del tiempo. Por tanto la flecha del tiempo de nuestro universo sería una herencia de un agujero negro en colapso de un universo padre previo.
La torsión explicaría el desequilibrio entre materia y antimateria, porque la torsión haría que la materia estuviera compuesta por partículas ordinarias y la antimateria por materia oscura (aunque no parece que explique las proporciones de una y otra).
La torsión sería además la fuente de la energía oscura, porque una geometría con torsión produce de manera natural una constante cosmológica que funcionaría como una energía oscura. Así que, según este investigador, la aceleración de la expansión sería una prueba de la existencia de la torsión.
Naturalmente queda por saber cuántas capas de universos hay. Si hubo un universo primigenio o si en realidad hay una infinidad de estas capas. Tampoco se sabe qué queda del universo padre en el hijo si es que queda algo.
Lo que es complicado es la falsabilidad de la teoría, pues queda descartado todo experimento en el interior de un agujero negro por definición. Sin embargo, si nuestro universo proviene del colapso de un agujero negro y como toda estrella gira (incluidas la que generan agujeros negros) quizás se haya heredado cierta dirección de rotación preferente. Algunas observaciones parecen indicar que las galaxias podrían tener una distribución de rotaciones que encajaría con esta idea.
Por otro lado, Lee Smolin ya trabajó en su día sobre la idea de los universos bebé como solución al supuesto ajuste fino de las constantes físicas. Según este otro físico, cada universo produciría agujeros negros que a su vez producirían otros universos, pero en distinto número. Aquellos universos con constantes físicas que favorecieran la formación de estrellas masivas (y por tanto vida) producirían más agujeros negros que a su vez producirían más estrellas y así sucesivamente. En cada colapso la física se podría reajustar, pero sólo prosperarían aquellos linajes con mayor producción de estrellas. Esta evolución “darwiniana” (no hay presión de selección ni reproducción sexual) produciría cada vez más y más universos propicios para la vida.
Al igual que en el caso de la vida terrestre, es fácil explicar la aparición de nuevas especies, pero no la génesis de la propia vida.

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Fuentes y referencias:
Artículo en Inside Science.
Web de Nikodem_Poplawski.
Artículo en ArXiv.
Foto de cabecera: Universidad de Indiana.