En el mundo real, tu pasado determina de forma única tu futuro. Si un físico sabe cómo comienza el universo, ella puede calcular su futuro para todo el tiempo y todo el espacio.

Pero un matemático de UC Berkeley ha encontrado algunos tipos de agujeros negros en los que esta ley se rompe. Si alguien se aventurara en uno de estos agujeros negros relativamente benignos, podrían sobrevivir, pero su pasado quedaría borrado y podrían tener un número infinito de futuros posibles.

Tales afirmaciones se han hecho en el pasado, y los físicos han invocado una "fuerte censura cósmica" para explicarlo. Es decir, algo catastrófico, típicamente una muerte horrible, evitaría que los observadores ingresen a una región del espacio-tiempo donde su futuro no está determinado de manera única. Este principio, propuesto por primera vez hace 40 años por el físico Roger Penrose, mantiene sacrosanta una idea - el determinismo - clave para cualquier teoría física. Es decir, dado el pasado y el presente, las leyes físicas del universo no permiten más de un futuro posible.

Pero, dice Peter Hintz, becario postdoctoral de UC Berkeley, Los cálculos matemáticos muestran que para algunos tipos específicos de agujeros negros en un universo como el nuestro, que se expande a un ritmo acelerado, es posible sobrevivir al paso de un mundo determinista a un agujero negro no determinista.

No está claro cómo sería la vida en un espacio donde el futuro era impredecible. Pero el hallazgo no significa que las ecuaciones de relatividad general de Einstein, que hasta ahora describen perfectamente la evolución del cosmos, estan equivocados, dijo Hintz, un becario de Clay Research.

"Ningún físico va a viajar a un agujero negro y medirlo. Esta es una cuestión de matemáticas. Pero desde ese punto de vista, esto hace que las ecuaciones de Einstein sean matemáticamente más interesantes, ", dijo." Esta es una pregunta que realmente solo se puede estudiar matemáticamente, pero tiene fisica, implicaciones casi filosóficas, lo que lo hace muy guay ".

"Esta ... conclusión corresponde a una falla severa del determinismo en la relatividad general que no puede tomarse a la ligera en vista de la importancia en la cosmología moderna" de la expansión acelerada, dijeron sus colegas de la Universidad de Lisboa en Portugal, Vitor Cardoso, João Costa y Kyriakos Destounis, y en la Universidad de Utrecht, Aron Jansen.

Citado por Mundo de la física , Gary Horowitz de UC Santa Bárbara, que no participó en la investigación, dijo que el estudio proporciona "la mejor evidencia que conozco de una violación de la fuerte censura cósmica en una teoría de la gravedad y el electromagnetismo".

Hintz y sus colegas publicaron un artículo que describe estos inusuales agujeros negros el mes pasado en la revista. Cartas de revisión física .

Más allá del horizonte de eventos

Los agujeros negros son objetos extraños que reciben su nombre del hecho de que nada puede escapar de su gravedad. ni siquiera luz. Si se aventura demasiado cerca y cruza el llamado horizonte de eventos, nunca escaparás.

Para pequeños agujeros negros, De todos modos, nunca sobrevivirías a un acercamiento tan cercano. Las fuerzas de marea cercanas al horizonte de sucesos son suficientes para espaguetizar cualquier cosa:es decir, estírelo hasta que sea una cadena de átomos.

Pero para los grandes agujeros negros, como los objetos supermasivos en los núcleos de galaxias como la Vía Láctea, que pesan decenas de millones, si no miles de millones de veces la masa de una estrella, cruzar el horizonte de sucesos sería, bien, sin acontecimientos notables.

Porque debería ser posible sobrevivir a la transición de nuestro mundo al mundo de los agujeros negros, Los físicos y matemáticos se han preguntado durante mucho tiempo cómo sería ese mundo, y han recurrido a las ecuaciones de la relatividad general de Einstein para predecir el mundo dentro de un agujero negro. Estas ecuaciones funcionan bien hasta que un observador alcanza el centro o singularidad, donde en los cálculos teóricos la curvatura del espacio-tiempo se vuelve infinita.

Incluso antes de llegar al centro, sin embargo, un explorador de agujeros negros, que nunca podría comunicar lo que encontró al mundo exterior, podría encontrar algunos hitos extraños y mortales. Hintz estudia un tipo específico de agujero negro:un estándar, agujero negro no giratorio con carga eléctrica, y tal objeto tiene el llamado horizonte de Cauchy dentro del horizonte de eventos.

El horizonte de Cauchy es el lugar donde se rompe el determinismo, donde el pasado ya no determina el futuro. Físicos incluido Penrose, han argumentado que ningún observador podría pasar por el punto del horizonte de Cauchy porque serían aniquilados.

Como dice el argumento, cuando un observador se acerca al horizonte, el tiempo se ralentiza, ya que los relojes marcan más lentamente en un campo gravitacional fuerte. Como luz Las ondas gravitacionales y cualquier otra cosa que se encuentre con el agujero negro caen inevitablemente hacia el horizonte de Cauchy, un observador que también cayera hacia adentro eventualmente vería toda esta energía entrando al mismo tiempo. En efecto, toda la energía que ve el agujero negro durante la vida del universo llega al horizonte de Cauchy al mismo tiempo, arruinando en el olvido a cualquier observador que llegue tan lejos.

No puedes ver para siempre en un universo en expansión

Hintz se dio cuenta, sin embargo, que esto puede no aplicarse en un universo en expansión que se está acelerando, como el nuestro. Debido a que el espacio-tiempo se está separando cada vez más, gran parte del universo distante no afectará en absoluto al agujero negro, ya que esa energía no puede viajar más rápido que la velocidad de la luz.

De hecho, la energía disponible para caer en el agujero negro es solo la contenida dentro del horizonte observable:el volumen del universo que el agujero negro puede esperar ver a lo largo de su existencia. Para nosotros, por ejemplo, el horizonte observable es más grande que los 13.800 millones de años luz que podemos ver en el pasado, porque incluye todo lo que veremos para siempre en el futuro. La expansión acelerada del universo nos impedirá ver más allá de un horizonte de unos 46.500 millones de años luz.

En ese escenario, la expansión del universo contrarresta la amplificación causada por la dilatación del tiempo dentro del agujero negro, y para determinadas situaciones, lo cancela por completo. En esos casos, específicamente, liso, agujeros negros no giratorios con una gran carga eléctrica, los llamados agujeros negros Reissner-Nordström-de Sitter:un observador podría sobrevivir pasando a través del horizonte de Cauchy y hacia un mundo no determinista.

"Hay algunas soluciones exactas de las ecuaciones de Einstein que son perfectamente uniformes, sin torceduras, sin fuerzas de marea yendo al infinito, donde todo se comporta perfectamente bien hasta este horizonte de Cauchy y más allá, " él dijo, observando que el paso por el horizonte sería doloroso pero breve. "Después, todas las apuestas están cerradas; en algunos casos, como un agujero negro de Reissner-Nordström-de Sitter, uno puede evitar la singularidad central por completo y vivir para siempre en un universo desconocido ".

Cierto es que, él dijo, es poco probable que existan agujeros negros cargados, ya que atraerían materia con carga opuesta hasta que se volvieran neutrales. Sin embargo, las soluciones matemáticas para los agujeros negros cargados se utilizan como sustitutos de lo que sucedería dentro de los agujeros negros en rotación, que son probablemente la norma. Hintz sostiene que suave, agujeros negros giratorios, llamados agujeros negros de Kerr-Newman-de Sitter, se comportaría de la misma manera.

"Eso es molesto, la idea de que podrías partir con una estrella cargada eléctricamente que sufre un colapso en un agujero negro, y luego Alice viaja dentro de este agujero negro y si los parámetros del agujero negro son suficientemente extremos, podría ser que ella pueda simplemente cruzar el horizonte de Cauchy, sobrevive a eso y llega a una región del universo donde, conociendo el estado inicial completo de la estrella, ella no sabrá decir lo que va a pasar, ", Dijo Hintz." Ya no está determinado únicamente por el conocimiento completo de las condiciones iniciales. Por eso es muy problemático ".

Descubrió este tipo de agujeros negros al asociarse con Cardoso y sus colegas, quien calculó cómo suena un agujero negro cuando es golpeado por ondas gravitacionales, y cuál de sus tonos y matices duró más. En algunos casos, incluso la frecuencia superviviente más larga decayó lo suficientemente rápido como para evitar que la amplificación convirtiera el horizonte de Cauchy en una zona muerta.

El artículo de Hintz ya ha provocado otros artículos, uno de los cuales pretende mostrar que la mayoría de los agujeros negros con buen comportamiento no violarán el determinismo. Pero Hintz insiste en que un caso de violación es demasiado.

"La gente había sido complaciente durante unos 20 años, desde mediados de los 90, que siempre se verifica una fuerte censura cosmológica, ", dijo." Desafiamos ese punto de vista ".