NeoFronteras

Proponen una marco, según la Gravedad Cuántica de Lazos, en el que los agujeros negros rebotarían dando lugar a agujeros blancos, resolviendo con ello la famosa paradoja de la información en estos objetos.

Carlo Rovelli ha publicado recientemente un pequeño artículo de divulgación en la APS. En él hace una revisión de los éxitos recientes de la Gravedad Cuántica de Lazos (GCL).

Como todos sabemos ya a estas alturas, la Física tiene un problema a la hora de juntar en un mismo marco teórico la Mecánica Cuántica y la Teoría General de la Relatividad (RG). Básicamente, no tenemos una teoría cuántica de la gravedad que nos describa cómo fue el comienzo del Big Bang o que nos diga qué se oculta en el interior de un agujero negro.

Para esos lugares extremos, la RG predice la existencia de singularidades, puntos en donde la densidad y curvatura del espacio-tiempo son infinitas. Por culpa de esto, no podemos decir qué hubo antes del Big Bang o, tan siquiera, si hubo un antes. Normalmente se suele afirmar que el espacio y el tiempo fueron generados en el Big Bang y ya está.

Pero esta predicción de singularidades debe ser un fallo de la RG que, siendo una teoría clásica, le imponemos en un régimen en donde los efectos cuánticos son importantes y no pueden ser despreciados. Esto es como considerar el potencial coulombiano del electrón si se toma a este como puntual y, por tanto, ese potencial es singular en el origen.

Desde hace casi 100 años se busca una teoría cuántica de la gravedad sin demasiado éxito. Una promesa eran las cuerdas. Se ha invertido mucho esfuerzo, tiempo y dinero en ellas hasta monopolizar la Física Teórica, pero, después de unos 50 años no se ha llegado a buen puerto y cada día tienen más problemas, pese a algunos avances conseguidos. Se ha transformado en una especie de religión en la que sus proponentes, ahora convertidos en crucificadores de Sabine Hossenfelder, pelean por los recursos.

Quizás la idea de tener una Teoría del Todo fue desde el comienzo absurda y nos debíamos de haber conformados solamente con una teoría cuántica de la gravedad. Dentro de este esfuerzo, trabajando en los márgenes de la Física Teórica y con menos recursos, hay alternativas que merecen la pena ser investigadas en profundidad, aunque sólo sea por no poner todos los huevos en la misma cesta y aunque al final tampoco sean la respuesta definitiva.

Una de esas alternativas es la Gravedad Cuántica de Lazos, cuya cabeza visible fue Abhay Ashtekar en sus comienzos. A esta teoría todavía le queda mucho por avanzar. De momento sólo es capaz de proponer modelos de «juguete», al no haber una clara dinámica establecida en la teoría, pero ha dado algunos resultados interesantes.

Según Rovelli, al menos esta teoría tiene una estructura conceptual limpia y una formulación matemática bien definida sobre la representación del tejido del espacio, que es considerado una red de espines que evoluciona en el tiempo.

Esta teoría considera que el espacio-tiempo es un campo y, como tal, está cuantizado, por lo que existirían átomos de espacio y tiempo por debajo de los cuales no es posible considerar subdivisiones. También habría una especie de principio de exclusión de Pauli que impediría la formación de singularidades. Por estas misma páginas ya vimos un modelo de estos que analizaba el estado previo al Big Bang del Universo.

Rovelli se hace eco del último artículo publicado por Ashtekar en el que estudia cómo es el interior de un agujero negro. Según sus resultados, no se forma una singularidad dentro de él y «al otro lado» hay un agujero blanco, que no es más que un agujero negro temporalmente invertido.

Los agujeros negros presentan ciertos desafíos a física, como qué es lo que le pasa a la materia que cae en ellos y a la información que esta porta, sobre todo qué pasa en su centro en donde se supone que hay una singularidad. La perspectiva de Ashtekar quizás ayude a aclarar un poco esta cuestión.

Según este trabajo y la GCL, el espacio-tiempo continua más allá del centro del agujero negro y hay una nueva región de espacio-tiempo en el futuro que tiene la geometría de una agujero blanco.

De este modo, el futuro de todo agujero negro sería un agujero blanco en el que la materia que una vez cayó rebota otra vez hacia afuera. Aunque esta posibilidad se había planteado desde hace ya mucho tiempo, pues ya fue propuesta en los años treinta por John Lighton Synge, sólo la GCL ha podido darle cierta justificación.

Según la GCL, el espacio y el tiempo no se acabarían en el centro de un agujero negro, por lo que no habría una singularidad. En su lugar habría una región de transición en donde la RG es violada por los efectos cuánticos. Desde esta región emergería otra vez el espacio y el tiempo con una estructura de agujero blanco.

Según el centro del agujero negro evoluciona, su superficie exterior, su horizonte, se encoge lentamente debido a la emisión de radiación Hawking hasta que el horizonte alcanza el tamaño de Planck o un tamaño incluso mayor. Es entonces cuando el horizonte se transforma en el horizonte de un agujero blanco debido a una transición de efecto túnel cuántico. A partir de ese momento se tiene un agujero blanco.

La configuración en la que la compresión es máxima y que separa el estado de agujero negro del de agujero blanco es lo que se ha denominado una estrella de Planck.

Estos pasos han sido descritos total o parcialmente en varios trabajos de GCL, aunque todavía queda trabajo por hacer y poder llegar a una compresión completa de la física cuántica de los agujeros negros.

Todo el proceso sería descrito por una metáfora en la que una bola de goma rebota en el suelo. La bola cae al suelo y después vuelve con un movimiento que se puede describir como el que tenía al caer, pero con el tiempo invertido. En una agujero negro la materia no desaparece en el centro, sino que rebota y forma un agujero agujero blanco al cabo de un tiempo.

Debido a la tremenda distorsión del tiempo producida por la extrema curvatura del espacio tiempo dictada por la RG, el proceso medido desde el interior dura un microsegundo, pero desde fuera duraría miles de millones de años. Así que un agujero negro no sería más que el rebote de una estrella visto a cámara muy lenta. En el caso de agujeros negros primordiales de poca masa que se formaron en el Big Bang, el rebote lo podrían tener ahora.

La paradoja de la desaparición de la materia y la información quedaría de este modo resuelta.

Como posibles pruebas experimentales de todo esto, Rovelli propone que los fotones gamma de muy alta energía o los pulsos de radio rápidos recientemente descubiertos podrían generarse cuando se liberase la materia y fotones atrapados en agujeros negros primordiales que estarían ahora rebotando. Aunque reconoce que los datos son, por el momento, insuficientes.

Otra posibilidad sería que los agujeros negros primordiales podrían quedar congelados en estrellas de Planck de forma estable, por lo que estos «remanentes» serían la materia oscura.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Artículo de Rovelli.
Teoría cuántica de lazos y agujeros negros.
Referencia 1.
Referencia 2.
Referencia 3.
Referencia 4.
Referencia 5.
Referencia 6.
Referencia 7.
Ilustración: F. Vidotto.
Gráfico: C. Rovelli/Aix-Marseille University, adaptado por APS/Alan Stonebraker.