Los agujeros negros no existen en la última teoría de gravedad cuántica

Un físico ganador del Premio Nobel dice que los agujeros negros y las singularidades espacio-temporales no pueden existir en su último modelo del universo.

Uno de los grandes retos de la ciencia moderna es unificar nuestras ideas sobre el universo a su mayor escala con nuestras nociones de cómo funciona a la menor; en otras palabras, combinar la relatividad y la mecánica cuántica en una única teoría.

El mejor esfuerzo actual es una idea conocida como Teoría de Cuerdas, una idea nacida del pensamiento cuántico y en la que la gravedad es un subproducto de la complejidad, uno de los conocidos como fenómenos emergentes.

El problema con este proceso de emergencia es que es un apoyo de boquilla a nuestras ideas intuitivas sobre la causalidad: que un efecto debe ser precedido por su causa. Al menos, así es como el ganador del Premio Nobel de física Gerard ‘t Hooft ve las cosas.

Para aclararlo, ha construido un modelo de la realidad diferente que conserva la causalidad y tiene algunos efectos colaterales interesantes. El cambio fundamental en su idea es aceptar un nuevo tipo de simetría en el universo.

Una simetría es una propiedad de un sistema que lo deja sin cambios bajo una cierta transformación. Por lo que, por ejemplo, nuestras leyes de la física están derivadas de la idea de que deben mantenerse constantes bajo cualquier cambio en la posición o dirección en el espacio. Es una idea enormemente poderosa.

Ahora, ‘t Hooft dice que para conservar la idea de causalidad en una Teoría de la Gravedad Cuántica tenemos que aceptar la idea de una simetría de escala. En otras palabras, las leyes de la física son las mismas independientemente de la escala. También introduce una idea conocida como “complementariedad de agujeros negros” en la cual un observador dentro de un agujero negro ve el universo de una forma distinta a un observador fuera del agujero.

Las consecuencias de esta idea son profundas. t’ Hooft lo explica así:

“Si añadimos esto a nuestro conjunto de transformaciones de simetrías, agujeros negros, singularidades espacio temporales, y horizontes desaparecen”.

A cambio, mantenemos intacta la idea de causalidad.

Se puede debatir sobre los méritos de tal intercambio pero la pregunta importante es si el nuevo universo de ‘t Hooft guarda alguna relación con el que vivimos nosotros.

En respuesta podemos decir que la existencia de los agujeros negros está bien aceptada. Los astrónomos pueden ver sus efectos gravitatorios. Y aunque nadie ha observado directamente un agujero negro o la radiación de Hawking que los físicos suponen que emiten, pocos dudan de que se acumularán las pruebas a favor.

Un problema más serio es la propia idea de invarianza de escala. Aquí hay un experimento mental para ‘t Hooft. Imagina que fueses súbitamente encogido o agrandado en un factor desconocido dentro de una caja cerrada, ¿qué experimento podrías realizar para determinar tu nueva escala?

Si las leyes de la física fuesen invariantes en escala, sería imposible determinar tu escala con un experimento.

Pero supón que fueses a medir la posición de una bola. Seguramente, en nuestro universo, la precisión de tu medida sería una buena indicación de tu escala, dado que los efectos cuánticos serían fácilmente distinguibles de los Newtonianos.

‘t Hooft parece reconocer esta limitación admitiendo que “la constante G de Newton no es invariante en escala en absoluto”.

Pero ese es un problema de su propia confección. En respuesta a la pregunta de cómo unir la física de lo muy grande con la física de lo muy pequeño, dice ‘t Hooft que no hay diferencias entre ellos.

Esto puede que no sea tan loco como suena. Las diferencias que vemos podrían ser el resultado de algún proceso de ruptura de simetría, un tipo de ilusión. Pero, ¿cómo sucede esto?

Dice que la respuesta puede llegar de una mejor comprensión de la forma en que la información fluye por este universo. “Obviamente, esto nos deja con el problema de definir qué es exactamente la información, y cómo se vincula con las ecuaciones de movimiento”, comenta.

‘t Hooft no es el primero en tropezar con la información. Cuando se empuja hasta el limite, toda teoría fundamental de la física adolece de una pobre comprensión de la información.

Puede que no sea quedarse corto si decimos que el mayor avance de la física debe llegar desde la teoría de la información más que de la mecánica cuántica o la relatividad.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/0909.3426: Quantum Gravity without Space-time Singularities or Horizons

Fecha Original: 22 de septiembre de 2009
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Comments (19)

  1. Jurl

    Es un punto curioso: “En respuesta podemos decir que la existencia de los agujeros negros está bien aceptada. Los astrónomos pueden ver sus efectos gravitatorios. Y aunque nadie ha observado directamente un agujero negro o la radiación de Hawking que los físicos suponen que emiten, pocos dudan de que se acumularán las pruebas a favor.”

    Es que es importantísimo: nadie ha observado un agujero negro (que sí que se podría, con el instrumental actual, basta buscar un blanco adecuado donde podamos determinar un tamaño mínimo que descarte cualquier otra posibilidad, por ejemplo), y, sin embargo, su existencia está bien aceptada, tan bien aceptada que esperamos que se acumulen las pruebas a favor. Nos ha jodido mayo con sus flores.

    Yo sigo pensando que esto no es serio. Es muy humano, sí, pero el método científico no es esto. Lo siento, pero no.

  2. Los agujeros negros no existen en la última teoría de gravedad cuántica…

    Un físico ganador del Premio Nobel dice que los agujeros negros y las singularidades espacio-temporales no pueden existir en su último modelo del universo. Ahora, ‘t Hooft dice que para conservar la idea de causalidad en una Teoría de la Gravedad Cuánt…

  3. mvr1981

    Ehhh… en fin…
    Busquenme…

  4. ‘t Hooft propuso en 1993 el principio holográfico. La entropía de los agujeros negros depende del área del horizonte de sucesos y no de su volumen (según Hawking y Bekenstein). Luego los estados cuánticos de un agujero negro están en la superficie de su horizonte de sucesos (información 3D contenida en 2D). El principio hológrafico nos hace entender el espaciotiempo 3D como emergente (a partir de la información cuántica almacenada en 2D). El principio holográfico está asociado a preservar la teoría (invarianza) relativista. El espaciotiempo es “relativo” (invariante ante difeomorfismos, es decir, cualquier cambio del sistema de coordenadas no altera en nada la física), pero es emergente.

    ‘t Hooft nos propone ahora una alternativa. El espaciotiempo no sería emergente sino real. Lo que emerge es la invarianza relativista. El espaciotiempo de la gravedad cuántica no es relativista, no es invariante ante difeomorfismos. La simetría relativista es emergente. Hay un espaciotiempo subyacente absoluto. ‘t Hooft propone, en lugar de la simetría relativista, una simetría conforme o de escala inspirada en la geometría proyectiva. Cuando una cámara de fotos realiza una foto de una escena 3D proyecta dicha escena de tal forma que los rayos en la dirección de visión se proyectan en un solo punto. Para la foto 2D todo los puntos del rayo 3D son equivalentes entre sí. Esa es básicamente la simetría que propone ‘t Hooft para sustituir a la simetría relativista y explicar la entropía de los agujeros negros. De esta forma, los estados cuánticos de un agujero negro reflejan la información cuántica almacenada tanto dentro del horizonte de sucesos como fuera del mismo (en todo el resto del universo). La ventaja de esta idea es que el interior de un agujero negro es tan singular como su exterior, luego no hay singularidades ni horizontes de sucesos, los problemas de violación de la causalidad en el interior de dichos horizontes de sucesos desaparecen, incluso el problema de la información cuántica también. La idea es por ahora eso, sólo una idea. Queda darle forma.

    La idea del principo holográfico ha sido uno de los grandes avances de los últimos 15 años en física teórica y casi todo el mundo usa y abusa de ella. La nueva idea de ‘t Hooft, elevar la simetría conforme a la simetría correcta del espaciotiempo en gravedad cuántica, seguramente también dará mucho que hablar y en los próximos años empezará a entenderse hacia donde apunta la cabeza de este genio.

    • Turok

      Por modelos que no quede.Siempre hay desfiles de modas.Todo el mundo propone cosas bonitas, cosas que podrian ser, que no son descabelladas, unas más especulativas, otras menos:muchos físicos no pretenden construir una altanera “teoría del todo”,buscan “sencillamente” una teoría que en el régimen de bajas energías(grandes distancias) prediga lo mismo que la RG y que a cortas distancias describa cuánticamente la naturaleza y que por supuesto permita eliminar las singularidades de la RG para evitar la impredictibilidad.Por otra parte si nos cargaramos el principio general de covarianza, saltaría tambien por los aires nada menos que el Principio de Equivalencia.Tocar a Einstein parece un poco fuerte.Debería salvarse algún mueble. En el fondo deberíamos considerar que nuestra comprensión de las partículas fundamentales y de la energía es aún débil, y podrian tener otros atributos que todavía no conocemos. ¿Modelos? seguro que vendran unos cuantos más detrás del de T’Hooft.Así que “Anybody seen my babe?….We’ll keep on trying…till the end.

    • Turok

      Cuando dices que se abusa de la idea del principio holográfico, ¿a que te refires?.O, simplemente lo dices por el asunto de la Sci-Fi.Y otra pregunta, ¿lo ves claro hacia dónde apunta la cabeza de este genio(que lo es sin duda alguna?.

      • Turok

        ¿Estas hablando de átomos musicales?.Bueno, no veo muy bien la relación que estableces entre hologramas y átomos musicales.De todos modos, Ya que hablamos de átomos musicales, parace que el Universo tiene un “rumor” de fondo.La Tierra tiene su propio sonido, aunque no creo que por mucho que podamos hablar de átomos musicales, estos por si mismos lleguen a componer uan sinfonía tan majestuosa como la 41 K, eso queda para Mozart..De todos modos me pierdo un poco cuando dices que todo es una estúpida mentira..¿la sinfonía 41K es mentira?, ¿El Universo?..¿nosotros los humanos?…Me parece un poco fuerte.Yo lo veo todo bastante verdadero.Por ejemplo, tengo un dolor de cabeza que juraría que es real.

      • forK

        Pues a mi personalmente me encantaría tener tb acceso a dicha lectura. ¡Compártala con el resto de seres expectántes de información! A ser posible, claro.

    • nefilims

      Sure, my love. I die for you…thill end, que risa que me das…¿te vas a caer por culpa de la gravedad? y te pegaras muy fuerte.

  5. Pues nada, cuando caiga la manzana que alguien avise… Y si alguien consigue ver la gravedad, también.

    Saludos.

  6. Los agujeros negros no existen en la última teoría de gravedad cuántica…

    Un físico ganador del Premio Nobel dice que los agujeros negros y las singularidades espacio-temporales no pueden existir en su último modelo del universo….

  7. Gerard ´t Hooft, que duda cabe, es uno de los grandes y, como dicen los compañeros por ahí arriba, sus ideas han llenado muchas páginas. Es un físico que posee el don de iluminar esas zonas oscuras en las que otros no ven y, ahora, con esta nueva propuesta, nos viene a poner delante de los ojos un nuevo modelo nacido del pensamiento cuántico donde la gravedad resulta ser un subproducto (como en la teoría de cuerdas de la que emerge como por arte de magia cuando se desarrollan sus ecuaciones) de la complejidad, los conocidos como fenómenos emergentes.

    El problema con este proceso de emergencia es que es un apoyo de boquilla a nuestras ideas intuitivas sobre la causalidad de que un efecto debe ser precedido por su causa. Al menos, así es como el ganador del Premio Nobel de física Gerard ´t Hooft ve las cosas”, se nos dice.

    Todos sabemos lo que una simetría es, y, el nuevo modelo propuesto nos lleva a una nueva simetría del universo, es una idea poderosa, con una fuerza inusitada si podemos demostrar su certeza y, esa complementariadas de los agujeros negros que lo hacen diferentes en su resultado final para el observador que verá el universo de manera distinta si está fuera del agujero o si se encuentra dentro de él.

    Y, se nos dice que, “todo eso nos lleva a que al aplicar estas ideas, añadidas al conjunto de transformaciones simétricas, agujeros negros, singularidades espacio temporales, y horizontes desaparecen”. Sin embargo, se mantienen intactas las ideas sobre la causalidad.

    Se nos pregunta si el Universo de Gerard ´t Hooft tiene algo que ver con este nuestro, y, a ello respondería que, por si acaso, viniendo de quien viene la idea, yo no lo perdería de vista.

    De las incompatibilidades reinantes entre las dos grandes teorías, todos estamos al día, cuando planteamos problemas bien formulados y que, a simple vista parecen ser planteamientos racionales, donde mezclamos mecánica cuántica con la relatividad general, el resultado es, un auténtico desastre y, número sin sentido aparecen por todas partes. Sin embargo, en la llamada Teoría M de Witten que unifica todas las anteriores sobre cuerdas, ambas teorías no solamente no se rechazan, sino que, se complementan y pueden vivir en completa armonía.

    También es bien conocidos por todos que hasta el momento, nadie ha podido ir a un agujero negro, entrar y salir para contarnos lo que ha visto, allí, la información se pierde y nos da la sensación que todo lo que entra se va a otro mundo fuera de este.

    Desde la propugnación de Einstein de la Relatividad General, muchas han sido las propuestas o modelos de agujeros negros que, desde Schearzschild, Ker, Wheeler, Openheimer, Thorne, Hawking y otros muchos han teorizados y, desde luego, aún no hemos dado con toda su amplia realidad, ya que, cuando hablamos de singularidades, ningún físico se siente cómodo. De ahí la importancia de ésta nueva forma de mirar el problema que nos trae Gerard que lleva consigo un soplo de aire fresco sobre un problema largamente estacionado y al que nadie quería hacer frente, ya que, sus conplejidades están enterradas en lo más profundo de la Naturaleza y no será nada fácil de llegar a ellas para obtener una explicación autoconsistente que nos aclare, de una vez por todas, el problema existente entre la mecánica cuántica y la relatividad general y, menos mañ que Planck y Einstein eran amigos que si no llega a ser así (es broma).

    Algún compañero de los que antes que yo han comentado sobre ese otro interesante tema de Gerard ´t Hooft, al que han dado en llamar Principio Holográfico y de cuya importancia pocas dudas pueden caber, es una idea profunda referida al mínimo de información permitida en un espacio que, dudi que sea casualidad que coincida con el espacio de Planck.

    Esta “hipótesis del universo holográfico” avanzada por éste físico puntero de ideas maravillosas, nos habla de muchas cosas y el que el universo entero pudiera ser un holograma, o, por lo menos, que se puede tratar como si de una representación se tratara grabada con técnicas especiales y que contiene información en los contornos del objeto. La idea que subyace detrás de dicha hipótesis del universo holográfico es que toda la información que constituye el universo debe estar almacenada en la periferia, que es una superficie de dos dimensiones. Esta información bidimensional reaparece dentro del universo en tres dimensiones.

    El problema que el concepto de universo holográfico trata de solucionar proviene de la termodinámica. De acuerdo con su solida establecida segunda ley, el desorden nunca puede disminuir en un sistema cerrado. Esto significa que el desorden no puede disminuir en el universo como un todo ya que cuando tomamos el cosmos como un todo es un sistema cerrado: no hay nada “fuera” y, por lo tanto, nada a lo que se pueda abrir. Si el desorden no puede disminuir, el orden, que puede representarse como información, no puede aumentar. De acuerdo a la teoría cuántica, la información que crea o mantiene el orden debe ser constante, no solamente no puede aumentar, sino que tampoco puede disminuir o desaparecer.

    Entonces nos podríamos preguntar; ¿Pero que le pasa a la materia cuando se colapsa dentro de un agujero negro? NOs daría la sensación que los agujeros negros acabarían con la información contenida en la materia. Han sido algunas las voces que se han levantado en respuesta a este enigma: Hawking en Cambridge y Jacob Bekenstein en Princeton, anunciaron en su momento que el desorden en un agujero negro es proporcional a su área superficial. Dentro del agujero negro hay mucho espacio para el orden e información que en su superficie. En un cm3, por ejemplo, hay espacio para 10 exp.99 volúmenes de Planck, pero sólo hay espacio para 10 exp.66 bits de información en su superficie (un volumen de Planck es un espacio rodeado de lados que miden 10 exp. -35 metros, algo inconcebiblemente pequeño). Es decir, que cuando la materia implosiona en un agujero negro, una enorme cantidad de información, dentro del agujero negro parece que se pierde.

    En contra de algunos, Gerard ´t Hooft, de la Universidad de Ultrecht y Leonard Susskind, de la Universidad de Stanford, defendieron la idea de que la información dentro de un agujero negro no se perdería si estuviera almacenada holográficamente en su superficie. Creo que, como siempre que me pongo a escribir, me he desviado del tema por el que se empezó. Perdonad amigos, me embebi y me sumerjo en estas cuestiones y pierdo la noción del tiempo y de la línea recta del comentario que, sin querer se desvía de uno a otro tema, de alguna manera relacionados.

    Tenemos que volver a los que posiblemente son los objetos más misteriosos de nuestro universo: los agujeros negros. Si estos objetos son lo que se dice (no parece que se pueda objetar nada en contra), seguramente serán ellos los que, finalmente, nos faciliten las respuestas sobre las ondas gravitacionales y el esquivo gravitón, y, más recientemente, hasta podría hablarnos de cuestiones que, como las recientemente sacadas a la luz por Gerard ´t Hooft, nos podrían dar las respuestas a preguntas planteadas que nadie ha sabido contestar.

    Hay aspectos de la física que me dejan totalmente sin habla, me obligan a pensar y me transportan desde este mundo material nuestro a otro fascinante donde residen las maravillas del universo. Hay magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cuántica. La longitud de Planck-Wheeler, = 1’62 × 10-33 cm, es la escala de longitud por debajo de la cual es espacio, tal como lo conocemos, deja de existir y se convierte en espuma cuántica. El tiempo de Planck-Wheeler (1/c veces la longitud de Planck-Wheeler, o aproximadamente 10-43 segundos), es el intervalo de tiempo más corto que puede existir; si dos sucesos están separados por menos que esto, no se puede decir cuál sucede antes y cuál después. El área de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck-Wheeler, es decir, 2’61 × 10 exp-66 cm2) juega un papel clave en la entropía de un agujero negro.

    Me llama poderosamente la atención lo que conocemos como las fluctuaciones de vacío; esas oscilaciones aleatorias, impredecibles e ineliminables de un campo (electromagnético o gravitatorio), que son debidas a un tira y afloja en el que pequeñas regiones del espacio toman prestada momentáneamente energía de regiones adyacentes y luego la devuelven.

    En fin, amigos, que la Gravedad cuántica es de extrema necesidad a estas alturas y, venga de la mano de quien pueda venir no importará, la Ciencia en general y la Física en particular, lo agradecerán enormemente, es una espina largamente clavada en la ignorancia de los Físicos del mundo que, incansables la han buscado y, hasta el momento, sin ninguna fortuna.

    Un saludo cordial para todos.

    • LUCIA

      Esta tarde de sábado en México, ha sido impactante para mí. Agradezco a este artículo sobre las investigaciones de Hooft respecto de la visión holográfica del Universo y especialmente a Emilio Silvera por su interpretación majestuosa y divertida.

  8. poemas

    El espacio es infinito y lo de los agujeros negros lo unico que se tiene solamente son teorias, creo que hasta que no nos acerquemos fisicamente lo suficiente a esos agujeros sabremos si o realmente existen o que son en realidad.

    Saludos!

  9. cientifico

    y vivimos dentro de un agujero negro

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