El universo NO es un agujero negro

Agujero negroA veces la gente pregunta: “¿El universo es un agujero negro?”. O peor aún, afirman: “¡El universo es un agujero negro!”. No, no lo es, y vale la pena dejarlo claro.

Si hay algún razonamiento cuantitativo tras la cuestión (o afirmación), procede de comparar la cantidad de materia en el universo observable con el radio del universo observable, y darse cuenta de que parece que hay una gran relación entre la masa de un agujero negro y su radio de Schwarzschild. Es decir: si imaginas que colocas toda la materia del universo en el mismo lugar, crearía un agujero negro del tamaño del universo. De forma ligeramente más formal, parecería que el universo satisface la Conjetura del Aro, ¿por lo que no debería formar un agujero negro?

Pero un agujero negro no es “un lugar donde una gran cantidad de masa se compacta dentro de su propio radio de Schwarzschild”. Es, como Wikipedia es felíz de decirte, “una región del espacio a partir de la cual nada, incluyendo la luz, puede escapar”. La implicación es que hay una región fuera del agujero negro a la cual podrías al menos imaginar que escapan las cosas. Para el universo, no hay tal región externa. Por lo que a un nivel bastante trivial, el universo no es un agujero negro.

Podrías decir que esto es algo quisquilloso, y la existencia de una región externa no tiene sentido si el interior de nuestro universo recuerda a un agujero negro. Esto es correcto, excepto por una cosa: no lo recuerda. Puede que hayas notado que el universo está en realidad expandiéndose, en lugar de contrayéndose como se esperaría en el interior de un agujero negro. Esto se debe a que, en todo caso, nuestro universo tiene un lejano parecido con un agujero blanco. Nuestro universo (de acuerdo con la teoría de la relatividad general) tiene una singularidad en el pasado, a partir de la cual surgió todo, no una singularidad en el futuro en la cual todo colapsa. Llamamos Big Bang a esta singularidad, pero es muy similar a lo que se esperaría de un agujero blanco, que es justo una versión invertida en el tiempo de un agujero negro.

Esta idea, y unos cuatro dólares, te darán un café grande en Starbucks. La solución espacio-temporal a la ecuación de Einstein que describe un universo en expansión a partir del Big Bang es muy similar a la versión invertida en el tiempo de un agujero negro, pero realmente no aprendes mucho haciendo tal afirmación, especialmente debido a que no hay nada fuera; todo lo que quieres saber ya estaba en el lenguaje cosmológico original. Nuestro universo no va a colapsar en el futuro en una singularidad, incluso aunque la masa sea suficiente para permitir que esto suceda, simplemente debido a que se expande; la singularidad que anticipas ya ha tenido lugar.

Aún así, alguna gente insistirá obstinadamente en que hay algo profundo e interesante en el hecho de que el radio del universo observable sea comparable al radio de Schwarzschild de un agujero negro de igual tamaño. ¡Y lo hay! Eso significa que el universo es espacialmente plano.

Puedes calcular esto observando la ecuación de Friedmann, la cual relaciona el parámetro de Hubble con la densidad de energía y la curvatura espacial del universo. El radio de nuestro universo observable es, básicamente, la longitud de Hubble, que es la velocidad de la luz dividida por el parámetro de Hubble. Es un ejercicio sencillo calcular la cantidad de masa dentro de una esfera cuyo radio es la longitud de Hubble (M = 4π c3H-3/3), y luego compararlo con el correspondiente radio de Schwarzschild (R = 2GM/c2). Encontrarás que el radio es igual a la longitud de Hubble, si el universo es espacialmente plano. ¡Voila!

Observa que un universo espacialmente plano continúa plano para siempre, por lo que esto no nos dice nada sobre el universo actual; siempre ha sido cierto, y seguirá siendo cierto. Es un hecho, pero no revela nada sobre el universo que no supiéramos ya pensando sobre la cosmología. En cualquier caso, ¿quién quiere vivir en un agujero negro?

Nota de Ciencia Kanija: El físico teórico Lubos Motl responde desde su blog The Reference Frame a este artículo. Puedes leer aquí la traducción.


Autor: Sean M. Carroll
Fecha Original: 28 de abril de 2010
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Comments (31)

  1. Conan

    Si señor, muy bien explicado, pero una cosa, no soy un entendido de estos temas pero me interesan bastante y lo que no me ha quedado claro son dos cosas de este post, que es exactamente un agujero blanco, y como es que el universo es plano, esto mas o menos lo entiendo pero no me lo imagino.

    Gracias por adelantado.

    • Ivan

      Un agujero blanco es nuestro universo en expansión. Si le das a rewind llegarás a un “agujero negro”, una singularidad que sería el bing bang.

      Sobre la planitud, si extrapolas el universo a 2 dimensiones, sería una hoja de papel.
      También podría ser cerrado cómo la superfície de una esfera o abierto, cómo la superfície de una silla de montar.

      Estos tres modelos implican características del universo, relacionadas con los límites (fronteras), si es infinito o no, etc.

  2. Leviatán

    Vale que no lo sea, pero estos otros tienen la teoría de que nació en uno:
    http://www.space.com/scienceastronomy/universe-born-in-black-hole-100427.html

  3. Oscar

    Sí señor. Ahí le has dado, señor Carroll.

  4. Javier R.

    Pues yo no entiendo como está tan seguro de que no estemos en un agujero negro. Él habla de un agujero negro como lo vemos desde fuera, y dice que como el universo se expande no puede ser uno de estos… pero, ¿qué pasa dentro de los agujeros negros? (perdonad mi ignorancia, y si podéis responderme os lo agradecería). Quiero dejar claro que yo no pienso que el universo sea un agujero negro, pero me parece demasiado pronto para descartar esa opción, con los datos que yo conozco.

  5. “Puede que hayas notado que el universo está en realidad expandiéndose, en lugar de contrayéndose como se esperaría en el interior de un agujero negro.”

    Se supone que el radio de un agujero negro, su horizonte de sucesos, su superficie, se va haciendo mayor según aumenta la materia del mismo, por acrección. Eso se podría interpretar, visto desde su interior, que el “universo” (el agujero negro en realidad) está en expansión.

    Por otra parte Frampton no afirma que el Universo sea un agujero negro, sino que el Universo observable comparte algunas características con los agujeros negros.

    SalU2

    • Ozzybulla

      Creo que la respuesta a lo que planteas es del mismo orden de mi comentario (Nº7): lo que ocurre con los agujeros negros es que en la medida en que nos vamos adentrando (y que se va adentrando la materia, el tiempo y el espacio) en la medida en que te adentras en su horizonte de sucesos.

      Si observamos sólo lo que ocurre dentro del horizonte de un agujero negro, en la medida en que nuestro tiempo transurre, todo lo que habia dentro de él se irá contrayendo. Solo se dice en ese sentido y no es una definición real. Nuevamente, el lenguaje coloquial no debe exprimirse mas allá de lo que estrictamente dice.

  6. Sergio

    Es muy claro el razonamiento y sin tratar de decir que estás equivocado te recuerdo que hace muy poco tiempo (cosmológico) todos los científicos de este planeta afirmaban que el mundo era plano y era “evidente” para todos que era así. Por lo que creo que es sano decir que con lo que sabemos del universo (y es poco en relación a lo que no sabemos) podemos decir que no es un agujero negro.

    • Rompetechos

      Bravo! Estupenda y pertinente la matización :)

    • Francisco Ruiz V.

      ¿pues no quedamos que es un mito decir que antes creian que la tierra era plana?
      http://www.cienciakanija.com/2009/11/29/el-mito-de-la-tierra-plana-y-el-verdadero-caso-de-cristobal-colon/

      y si nos vamos aun mas atrás en el tiempo, ¿podríamos llamarles “científicos” a los habitantes de hace algunos miles de años?

      FRV

      • Ozzybulla

        Erastótenes era un científico; y SABIA que la tierra era esférica y calculó con muy poco error su circunferencia. Los mediavales (10 siglos después) CREIAN que la tierra era plana porque se lo dijeron o porque lo SUPONIAN y aceptaban esa suposición como un hecho.

        De acuerdo 150% con Francisco: no solo hace unos miles de años, sino que aquellos que afirmaban a la tierra como un plato no tenian ni sombra de científicos. En Europa, despues del mencionado o de Pitágoras, se debió esperar hasta el renacimiento para que reapareciera la ciencia, y ella tuvo un carácter insurgete y fue brutalmente reprimida por otro par de siglos.

        • En realidad a gente culta de la edad media sabía que la tierra era esférica.

          En lo que alguna gente (por ejemplo los del gobierno español) estaban equivocados era en su radio, de ahí que enviasen a Colón a su viaje a las indias por el lado “largo”.

          Por contra e gobierno portugués, que estaba al tanto de el radio correcto, declinó financiar esa expedición suicida pues sabía que no había vivieres suficientes para circunvalar la tierra en esa dirección hasta llegar a las indias. Mala suerte para ellos que hubiese ahí un continente del que no había noticias (o al meno no noticias fiables).

    • radomiro

      Pero en el 1400 y tanto no había científicos (parece un comentario inocente…;)

  7. Ozzybulla

    A mi lo que no me encaja es el argumento del segundo párrafo. En efecto, lo que dice Wikpedia no dice que la luz que se preduce DENTRO del agujero negro no pued eescapar, sino que la luz que viene de fuera de él y que se dirija hacia su centro quedará atrapada por el agujero. De hecho, lo único que sabemos sobre ellos es lo que ocurre dentro de su horizonte de sucesos; pero no realmente lo que ocurre DENTRO DEL AGUJERO.

    Por último, en las fases de acreción en que se encuentran algunos (cuando están “tragando” materia) tenemos los mayores escapes de luz (y otras radiaciones) que podemos encontrar en el universo bajo la forma de quasares.

    Creo que es lo malo de tmar una definción como la de Wikipedia (muy adecuada en un plano coloquial) y pretendemos estrujarla como si fuese una ecuación rigurosa de definición de un fenómeno.

    • Francisco Ruiz V.

      Ozz… esa luz y radiación que mencionas en tu 2o párrafo no se puede considerar que “escapan” del agujero negro porque nunca estuvieron dentro.

      FRV

      • Ozzybulla

        Tienes razón, me ponia en el plano de la cita de Wikipedia. en estricto rigor, nada de lo que conocemos puede estar DENTRO de un agujero negro; por lo tanto, nada puede escapar.

        Eso es lo que lo define como una singularidad. No solo nuestra física no nos sirve, ya ves que ni siquiera nuestro lenguaje

    • Oscar

      Estoy de acuerdo contigo, aunque creo que aqui ese ejemplo tiene otro sentido, que es el que viene mas abajo:

      No hay nada fuera del universo.

      El asunto creo que es el siguiente:

      Desde dentro de un agujero negro, y cayendo hacia el agujero, lo que se ve es igual a lo que vemos en el universo, o muy similar. El problema es que fuera del universo no hay nada. Por definicion. Asi que nos encontramos ante situaciones diferentes.

      Saludos,

      Oscar

  8. David

    Según mi opinión, el artículo no demuestra que el Universo no se comporte como un AN visto desde dentro.

    Por lo que he leído sobre este tema, sólo creemos saber lo que ocurre en el exterior de un AN y, si me apuras, justo en la frontera llamada Radio de Schwarzschild. Según la Teoría General de la Relatividad, un observador suficientemente alejado del AN puede percibir que el tiempo y el espacio se curvan en las proximidades del AN de tal manera que el tiempo llega a ‘congelarse’ justo en la frontera. ¿Quién puede asegurar lo que ocurre en el lado interior del Radio de Schwarzschild? ¿No podría el tiempo (y quizás el espacio) seguir curvándose hasta cambiar de signo (recordemos que el signo positivo o negativo es una convención matemática, no hay un signo positivo o negativo físico absoluto; incluso se puede definir una temperatura negativa respecto al cero absoluto)? Si el tiempo cambia de signo en el interior del AN, ¿no se comportaría éste como un agujero blanco, dado que, como explica el mismo artículo, es ‘justo una versión invertida en el tiempo de un agujero negro’?

    Todo este comentario es pura especulación por mi parte, pero me parece tan aventurado afirmar que ‘el Universo NO es un agujero negro’ como afirmar que efectivamente lo es. Y teniendo en cuenta que el Radio de Schwarzschild es comparable al tamaño del Universo Observable, si podemos utilizar esa información para avanzar en el conocimiento de lo que ocurre a nuestro alrededor, ¿no deberíamos estudiar todas las posibilidades hasta demostrar que realmente ese camino no nos lleva a ninguna parte?

    • Oscar

      No lo es. No es lo mismo. Es un asunto de definicion del problema, eso es todo creo yo.

      Ambos casos llevan a situaciones muy diferentes. Al menos eso creo yo.

      Saludos,

      Oscar

      • David

        Estoy de acuerdo en que puede no ser lo mismo, pero quizá considerarlo similar en algunos aspectos pueda ofrecernos alguna luz para encontrar respuestas o simplemente ponernos en el camino de encontrarlas.

        Realmente pienso que la idea no es tan ‘absurda’ como para sugerir que vale menos que un café grande del Starbucks.

        Un saludo.

        • Oscar

          Pero, considerarlo como? Como exactamente? Es que no es lo mismo, son problemas diferentes. Yo ahora mismo no lo veo. Creo que lo dice Sean Carroll es muy pertinente.

          • David

            Óscar,

            No tengo suficiente conocimiento (ni tiempo para obtenerlo) para poder contestar adecuadamente a tu pregunta, así que me remito al último párrafo del post de Lubos Molt en su blog ‘the reference frame’

            http://motls.blogspot.com/2010/04/analogy-between-universe-and-black-hole.html

            que transmite muy bien la idea que quería destacar en mi primer comentario (disculpad la traducción):

            “Pero hay también muchos argumentos que no se ven afectados por las diferencias. En esos contextos, es muy útil mantener la relativamente cercana analogía en mente. Al final, la analogía puede reducirse a los ‘horizontes’ compartidos como singularidades de coordenadas permitidas por la ‘relatividad general’ (en este punto, la analogía se vuelve bastante vaga), pero es simplemente incorrecto negar que hay muchas conexiones profundas entre los dos escenarios”

            [en el original: "But there are also many arguments that are unaffected by the differences. In these contexts, it becomes very useful to keep the relatively close analogy in mind. At the end, the analogy may boil down to the shared "horizons" as coordinate singularities allowed by general relativity, or even to the common description by "general relativity" (at this point, the analogy becomes pretty vague), but it's just wrong to deny that there are many deep links between the two pictures."]

            Disculpa que no pueda aportar mucho más, pero el tema me supera.

            Un saludo.

  9. Nimux

    Creo que el autor del articulo no expone nada que impida que estemos dentro de un agujero negro, ademas es perfectamente factible que dentro de un agujero negro exista un espacio infinito alli mismo (sin irse a ningún sitio, los agujeros de gusano son una patraña) y aunque desde fuera lo veamos como un espacio finito, todo es cuestión de puntos de vista.
    Un ejemplo: ¿cuanto volumen hay en una esfera de doble radio que el sol que englobe a este? ¿aplicamos la formula clásica de geometría? pues no, hay mas volumen que el que nos sale en esa formula ya que el espacio se deforma en las zonas de alta gravedad.

    Yo considero que dentro de un agujero negro sigue habiendo física y puntos en que los relojes funcionan sincronizados con el exterior ¿que punto? el centro del agujero negro por ejemplo, alli no hay gravedad, no hay deformación espacial y dos puntos con el mismo historial de campo gravitatorio tienen sus relojes sincronizados según einstein, por tanto estaría sincronizado con un reloj alejado.

    Para leer:
    http://neofronteras.com/?p=3093
    http://arxiv.org/abs/0902.1994

  10. Gracias Javier: precisamente, me parece pertinente traducir algo que dice Lubos. Cito:

    “Black hole is defined as a region whose interior is separated by the event horizon from the exterior (because of the curvature caused by a sufficient mass, according to the rules of general relativity): a black hole is an object from which it’s causally impossible to ever return to the exterior world which is why not even light is allowed to ever escape from the black hole again.

    Such a definition may cover the whole visible Universe, too. After all, some very distant galaxies are receding away from us faster than the speed of light.”

    Traduzco:

    “Un AN como una región cuyo interior está separado del exterior por un horizonte de sucesos (debido a la curvatura causada por una masa suficiente, de acuerdo a las reglas de la relatividad general): un AN es un objeto del cual es causalmente imposible volver jamás al mundo exterior, por lo cual ni siquiera a la luz le está permitido escapar jamás desde el AN otra vez.

    Esta definición puede ajustarse también al Universo visible. Después de todo, algunas galaxias distantes están alejándose de nosotros más rápido que la velocidad de la luz.”

    Para los que se han apresurado, una vez más, a leer sin meditar, les insisto en algunos conceptos clave:

    1) El profesor Frampton, en un documento bastante genérico que puede considerarse un esbozo, publicado en Arxiv, no afirma que el Universo sea exactamente un agujero negro. Dice que tiene características similares y desde ciertos puntos de vista podría ser tratado como tal.

    2) Frampton señala que nuestro Universo OBSERVABLE (lo pongo en mayúsculas porque el matíz es importante) tiene un radio idéntico al de Schwarzschild.

    3) Teniendo en cuenta que el Universo observable es sólo una porción del Universo en su totalidad y que difiere de un observador a otro (hace falta que lo aclare?), realiza unos cálculos concluyendo que el radio de SW es mayor a 1 para el Universo en su conjunto (ergo el Universo completo no es un AN).

    4) A efectos prácticos, tal como señala Motl, nuestro Universo observable se comporta ***COMO*** un AN, ya que existe un horizonte de sucesos para nosotros; es el punto donde la v de recesión (alejamiento) de las galaxias es mayor de c (por efecto de la expansión del Universo). Por tanto, nada de nada, ninguna información, ni un mísero fotón del Universo allende ese límite nos alcanzará. Igual que si estuviéramos en un AN del tamaño del Universo OB-SER-VA-BLE.

    5) Frampton extrae algunas conclusiones adicionales, relativas al principio holográfico, y aduce que el efecto observado atribuido a la energía oscura sería debido a algunos efectos cuánticos de ese horizonte. Lo cual es interesante, pero está por verse.

    6) No hará falta que expliquemos cómo es posible que un objeto se aleje de nosotros a una velocidad mayor que la de la luz por efecto de la expansión cósmica sin violar la relatividad (miradlo en Google).

    7) Tampoco creo que es necesario explicar que nuestro Universo observable no coincide con el Universo observable de un señor verde que vive en una Galaxia alejada de nosotros 10.000 millones de años luz. Creo que eso se entiende también.

    Le ruego a Manuel que coloque aquí los enlaces al artículo de Frampton en Arxiv, y también a la noticia que ha sido publicada y comentada en este blog (Manuel, pon el enlace por favor, que no lo encuentro). Se da la circustancia de que, como respuesta a un comentario del colega Edgar, salió el mismísmo profesor Frampton a responderle. Suerte que tiene Edgar. :-) Todavía no entiendo cómo ha podido llegar hasta este blog. CienciaKanija hacia el infinito y más allá.

    Por tanto:

    Vuelvo a decir lo que dije: no entiendo cómo Sean Carrol afirma “puede que hayas notado que el universo está en realidad expandiéndose, en lugar de contrayéndose como se esperaría en el interior de un agujero negro.”

    Lo que sabemos del interior de un agujero negro es casi nada, dado que precisamente la formulación de la relatividad general falla a la hora de describir una singularidad (punto infinítamente pequeño y denso). Igual que falla al describir el instante cero del Big Bang. Lo que sabemos de un AN es los efectos de su gravedad y su horizonte de sucesos en el espacio tiempo que está POR FUERA. Por dentro no sabemos que increibles efectos pueden producirse en el espacio-tiempo desgarrado y la materia que ha caido dentro, enrarecida por la gravedad hasta niveles inconcebibles.

    Lo que si sabemos, por ejemplo, es que su horizonte aumenta conforme se aporta más materia al AN, es decir, aumenta de tamaño. Y por eso mismo Frampton insinúa que, ya que nuestro Universo observable comparte un horizonte de sucesos como un AN, la sensación que daría visto desde dentro es que el Universo (AN) está en expansión.

    La aproximación de Frampton, en la estela que hace años abrieron otros, está en la misma línea que algunas “curiosas” relaciones entre gravedad, información, energía, principio holográfico, etc. muy en boga entre físicos teóricos en los últimos tiempos.

    Todavía es pronto para decir qué hay de cierto en todo esto, ya que no hay un desarrollo teórico ni matemático completo, por el momento apenas unos bocetos. Pero lo que si es evidente es que es una aproximación muy original al problema de la energía oscura y la expansión cosmológica, entre otras cosas. Además de ser un concepto complejo de entender por lo novedoso, al igual que sigue siendo complejo de entender algunos aspectos de la relatividad a pesar de que lleva 100 años con nosotros.

    SalU2

    • Unos apuntes:

      - Estamos trabajando en el artículo de Lubos Motl, espero que para hoy o mañana como mucho esté publicado.
      - Los enlaces que pedía Sagutxo los coloqué en un mensaje anterior en respuesta a Leviatán. Dentro de esos artículos están las referencias a Arxiv originales.
      - El Prof. Frampton supongo que llegó desde el blog de Lubos. Si se accede al artículo original en el blog de Motl se ve que al principio ha colocado un enlace a Ciencia Kanija apuntando que es una traducción del texto original. Supongo que lo colocó al recibir el pingback y Frampton lo siguió.

      Gracias a todos por los comentarios. Un saludo!

  11. Menos mal Manuel, porque estaba empezando a triturar el artículo de Lubos y estaba a punto de colgarlo como comentario.

    SalU2

  12. Mewshilus

    Si asumimos que el universo empezó con el Big Bang, es evidente suponer que su radio (que se supone realmente pequeño) era mucho menor al radio de Schwarzschild. Y un agujero negro no puede dejar de serlo. Por lo tanto debe serlo, ¿no?
    Además, es de suponer que un rayo de luz emitido desde cualquier punto del universo (aunque no sea el observable) no puede salir de éste. Y al no poder salir, se concluye que está en un agujero negro, ¿no?

  13. Oscar

    Estas nuevas teorias de los universos, los multiversos y los agujeros negros o blancos son muy interesantes pero dichos por cientificos teoricos o por aficionados son solo especulaciones.

    Lo que creo y pienso cada vez mas es que nuestro universo si nacio en el Big Bang pero tambien comienzo a penzar que el bing bang es el extremo final de un agujero que se origino en otra parte, llamemosla universo, para mi esto es como si encendieramos una linterna en la oscuridad la luz de la linterna es el bing bang y esa luz se expandio por el espacio y el tiempo. Claro ahora me van a decir que se expandira el universo por siempre hasta enfriarse y desaparecer; pero que tal si si existimos en una pared interior de un agujero y somos tan diminutos que no podemos ver el extremo final de el universo que colapsa en un punto o agujero y talvez en este mismo momento este dando origen a otro Universo.Pero porque no podemos ver esto sencillo la dimension real del universo para nosotros es tan grande que seria como que una hormiga caminara en un campo de futbol gigante, para esa hormiga exitiria lo que ve a su alrededor pero nunca veria o caminaria hasta el extremo opuesto de ese campo.

    Excelente articulo que lo pone a uno a pensar y si el universo en que estamos provino de otro, si eso se prueba tambien existiria la posibilidad de que la muerte no es el fin para nosotros sino un paso de nuestra alma a otra forma de vida en otra parte del universo o de otros universos….

    Gracias por el espacio.. excelente articulo y espero que algo de esto se compruebe algun dia…

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