Historia de dos horizontes

Los nuevos descubrimientos sobre los agujeros negros podrían ayudarnos a entender mejor el universo en su conjunto.

[KENN BROWN]

En síntesis

El universo presenta ciertas semejanzas con un agujero negro. Por ejemplo, ambos poseen un horizonte de sucesos, una superficie «de no retorno» que emite materia y radiación.

Por ello, los avances relacionados con la paradoja de la información en los agujeros negros podrían allanar el camino para desarrollar una teoría cuántica de la gravedad aplicable a todo el cosmos.

En particular, dichos avances prometen una comprensión más completa del principio holográfico, según el cual la gravedad cuántica podría formularse como una teoría no gravitatoria en menos dimensiones.

¿De dónde viene el universo? ¿Hacia dónde se encamina? Responder a estas preguntas exige entender la física a dos escalas radicalmente distintas: la cosmológica, referida a los supercúmulos de galaxias o al universo en su conjunto, y la cuántica, correspondiente al mundo antiintuitivo de los átomos y sus núcleos.

No obstante, para gran parte de lo que nos gustaría saber sobre el universo, basta con la cosmología clásica. Este campo se basa en la relatividad general de Einstein, que describe la gravedad sin ocuparse de los aspectos cuánticos. Pero hay algunos momentos especiales en la historia del cosmos (como su infancia, cuando todo él tenía el tamaño de un átomo) donde no es posible ignorar la física a escalas pequeñas. Para comprender esas épocas, necesitamos una teoría cuántica de la gravedad que sea aplicable tanto a los electrones de un áto­mo como al movimiento de la Tierra en torno al Sol. El objetivo de la cosmología cuántica es desarrollar esa teoría y utilizarla para estudiar el universo.

La cosmología cuántica no es para pusilánimes. Es el salvaje Oeste de la física teórica, con apenas un puñado de hechos observacionales y pistas para guiarnos. Su alcance y dificultad han constituido cantos de sirena para muchos físicos jóvenes y ambiciosos, atrayéndolos y haciéndolos naufragar sin remedio. Pero hay una sensación palpable de que esta vez será diferente y de que los recientes avances en la física de los agujeros negros (que también requirieron entender un régimen donde la mecánica cuántica y la gravedad son igual de importantes) nos podrían ayudar a responder algunas preguntas de la cosmología cuántica. Ese optimismo se respiraba en una conferencia virtual en la que participé hace poco y que acogió un coloquio dedicado a la intersección entre esos dos campos. No esperaba demasiada asistencia y, sin embargo, muchos grandes nombres de la física estaban allí, llenos de ideas y lis­tos para ponerse a trabajar.

Horizontes de sucesos

El primer indicio de que existe una relación entre los agujeros negros y el universo en su conjunto es que ambos presentan «horizontes de sucesos», superficies de no retorno más allá de las cuales dos personas parecen perder el contacto para siempre. La atracción gravitatoria de un agujero negro es tan fuerte que, a distancias menores a cierto umbral, ni siquiera la luz (que viaja a la máxima velocidad posible) es capaz de escapar. Esa frontera a partir de la cual la luz queda atrapada constituye un horizonte de sucesos esférico en torno al centro del agujero negro.

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