Nuestros primeros atisbos de la física que existe cerca del centro de un agujero negro están siendo posibles gracias a la "gravedad cuántica de bucle", una teoría que utiliza la mecánica cuántica para extender la física gravitacional más allá de la teoría de la relatividad general de Einstein. Bucle de gravedad cuántica, se originó en Penn State y posteriormente fue desarrollado por un gran número de científicos en todo el mundo, está abriendo un nuevo paradigma en la física moderna. La teoría ha surgido como un candidato principal para analizar fenómenos cosmológicos y astrofísicos extremos en partes del universo, como agujeros negros, donde las ecuaciones de la relatividad general dejan de ser útiles.

El trabajo anterior en la gravedad cuántica de bucles que fue muy influyente en el campo analizó la naturaleza cuántica del Big Bang, y ahora, dos nuevos artículos de Abhay Ashtekar y Javier Olmedo en Penn State y Parampreet Singh en Louisiana State University extienden esos resultados a los interiores de los agujeros negros. Los artículos aparecen como "sugerencias de los editores" en las revistas. Cartas de revisión física y revisión física el 10 de diciembre, 2018 y también se destacaron en un artículo de Viewpoint en la revista Física .

"La mejor teoría de la gravedad que tenemos hoy es la relatividad general, pero tiene limitaciones, "dijo Ashtekar, Profesor Evan Pugh de Física, titular de la Cátedra de Física de la Familia Eberly, y director del Penn State Institute for Gravitation and the Cosmos. "Por ejemplo, la relatividad general predice que hay lugares en el universo donde la gravedad se vuelve infinita y el espacio-tiempo simplemente termina. Nos referimos a estos lugares como 'singularidades'. Pero incluso Einstein estuvo de acuerdo en que esta limitación de la relatividad general resulta del hecho de que ignora la mecánica cuántica ".

En el centro de un agujero negro, la gravedad es tan fuerte que, según la relatividad general, el espacio-tiempo se vuelve tan extremadamente curvo que finalmente la curvatura se vuelve infinita. Esto da como resultado que el espacio-tiempo tenga un borde irregular, más allá del cual la física ya no existe:la singularidad. Otro ejemplo de singularidad es el Big Bang. Preguntar qué sucedió antes del Big Bang es una pregunta sin sentido en la relatividad general, porque el espacio-tiempo termina, y no hay antes. Pero las modificaciones a las ecuaciones de Einstein que incorporaron la mecánica cuántica a través de la gravedad cuántica de bucle permitieron a los investigadores extender la física más allá del Big Bang y hacer nuevas predicciones. Los dos artículos recientes han logrado lo mismo para la singularidad del agujero negro.

"La base de la gravedad cuántica de bucles es el descubrimiento de Einstein de que la geometría del espacio-tiempo no es solo un escenario en el que se actúan los eventos cosmológicos, pero es en sí misma una entidad física que se puede doblar, ", dijo Ashtekar." Como entidad física, la geometría del espacio-tiempo se compone de algunas unidades fundamentales, al igual que la materia está formada por átomos. Estas unidades de geometría, llamadas 'excitaciones cuánticas', son órdenes de magnitud más pequeñas de lo que podemos detectar con la tecnología actual. pero tenemos ecuaciones cuánticas precisas que predicen su comportamiento, y uno de los mejores lugares para buscar sus efectos es el centro de un agujero negro ". Según la relatividad general, en el centro de un agujero negro, la gravedad se vuelve infinita, por lo que todo lo que entra, incluida la información necesaria para los cálculos físicos, está perdido. Esto conduce a la célebre 'paradoja de la información' con la que los físicos teóricos han estado lidiando durante más de 40 años. Sin embargo, las correcciones cuánticas de la gravedad cuántica de bucles permiten una fuerza repulsiva que puede abrumar incluso el tirón más fuerte de la gravedad clásica y, por lo tanto, la física puede seguir existiendo. Esto abre una vía para mostrar en detalle que no hay pérdida de información en el centro de un agujero negro, que los investigadores están persiguiendo ahora.

Curiosamente, a pesar de que la gravedad cuántica de bucle continúa funcionando donde la relatividad general se rompe:singularidades de agujero negro, el Big Bang:sus predicciones coinciden con las de la relatividad general con bastante precisión en circunstancias menos extremas lejos de la singularidad. "No es nada trivial lograr ambos, "dijo Singh, profesor asociado de física en el estado de Louisiana. "En efecto, varios investigadores han explorado la naturaleza cuántica de la singularidad del agujero negro durante la última década, pero o prevaleció la singularidad o los mecanismos que la resolvieron desencadenaron efectos antinaturales. Nuestro nuevo trabajo está libre de todas esas limitaciones ".