Los investigadores han demostrado cómo las singularidades, que normalmente solo se encuentran en el centro de los agujeros negros y están ocultas a la vista, podrían existir en un espacio tridimensional altamente curvo.

Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, han utilizado simulaciones por ordenador para predecir la existencia de una denominada singularidad desnuda, que interfiere con la teoría general de la relatividad de Einstein. Esta es la primera vez que una singularidad desnuda, que hace que las leyes de la física se rompan, se ha predicho en el espacio tridimensional. Los hallazgos se informan en la revista. Cartas de revisión física .

La teoría general de la relatividad de Einstein sustenta nuestra comprensión actual de la gravedad:todo, desde la estimación de la edad de las estrellas en el universo, a las señales de GPS en las que confiamos para ayudarnos a navegar, se basa en sus ecuaciones. En parte, la teoría nos dice que la materia deforma el espacio-tiempo circundante, y lo que llamamos gravedad es el efecto de esa deformación. En los 100 años desde que se publicó, la relatividad general ha pasado todas las pruebas que se le han planteado, pero una de sus limitaciones es la existencia de singularidades.

Una singularidad es un punto donde la gravedad es tan intensa que el espacio, tiempo, y las leyes de la física se rompen. La relatividad general predice que existen singularidades en el centro de los agujeros negros, y que están rodeados por un horizonte de eventos:el 'punto sin retorno, 'donde la atracción gravitacional se vuelve tan fuerte que el escape es imposible, lo que significa que no se pueden observar desde el exterior.

Durante más de 40 años, matemáticos han propuesto que siempre que se forman singularidades, siempre estarán ocultos a la vista de esta manera; esto se conoce como la "conjetura de la censura cósmica". Si es verdad, La censura cósmica significa que fuera de los agujeros negros, estas singularidades no tienen un efecto mensurable en nada, y las predicciones de la relatividad general siguen siendo válidas.

En años recientes, Los investigadores han utilizado simulaciones por computadora para predecir la existencia de 'singularidades desnudas', es decir, singularidades que existen fuera de un horizonte de sucesos. Las singularidades desnudas invalidarían la conjetura de la censura cósmica y, por extensión, la capacidad de la relatividad general para explicar el universo como una teoría independiente. Sin embargo, todas estas predicciones se han modelado en universos que existen en dimensiones superiores. Por ejemplo, en 2016, dos Cambridge Ph.D. los estudiantes predijeron la existencia de una singularidad desnuda, pero sus predicciones se basaron en un universo de cinco dimensiones.

La nueva investigación, por Toby Crisford y Jorge Santos del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de Cambridge, ha predicho la existencia de una singularidad desnuda en un universo de cuatro dimensiones:tres dimensiones espaciales, más tiempo, por primera vez.

Sus predicciones muestran que una singularidad desnuda puede formarse en un tipo especial de espacio curvo conocido como espacio anti-de Sitter. en el que el universo tiene una forma distintiva de "silla de montar". Según la relatividad general, los universos pueden tener varias formas, y el espacio anti-de Sitter es una de estas posibles formas.

El espacio Anti-de Sitter tiene una estructura muy diferente al espacio plano. En particular, tiene un límite que la luz puede alcanzar, en cuyo punto se refleja. "Es un poco como tener un espacio-tiempo en una caja, "dijo Crisford." En el límite, las paredes de la caja, tenemos la libertad de especificar qué están haciendo los distintos campos, y usamos esta libertad para agregar energía al sistema y eventualmente forzar la formación de una singularidad ".

Si bien los resultados no son directamente aplicables a nuestro universo, como 'forzar' una singularidad no es un procedimiento que sea posible simular en un espacio plano, abren nuevas oportunidades para estudiar otras teorías para comprender el universo. Una de esas teorías podría involucrar la gravedad cuántica, lo que proporciona nuevas ecuaciones cercanas a una singularidad.

“Es probable que la singularidad desnuda que vemos desaparezca si incluyéramos partículas cargadas en nuestra simulación; esto es algo que estamos investigando actualmente, "dijo Santos." Si es verdad, podría implicar una conexión entre la conjetura de la censura cósmica y la conjetura de la gravedad débil, que dice que cualquier teoría consistente de la gravedad cuántica debe contener partículas suficientemente cargadas. En el espacio anti-de Sitter, la conjetura de la censura cósmica podría salvarse con la conjetura de la gravedad débil ".