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6 jun. 2012

Viviendo en un Agujero Negro


 Traduccion propia del articulo "Every Black Hole Contains a New Universe"  publicado por Nikodem Poplawski el 17 de mayo de 2012 en Inside Science

Puede que nuestro universo exista dentro de un agujero negro. Esto tal vez suene extraño pero en realidad podría ser la mejor explicación de cómo empezó el universo, y lo que observamos hoy en día. Es una teoría que ha sido explorado en las últimas décadas por un pequeño grupo de físicosentre los que me incluyo.

Aun siendo exitosa como lo es, hay notables cuestiones sin resolver por la teoría estándar del Big Bang, que sugiere que el universo comenzó como una aparentemente imposible "singularidad", un punto infinitamente pequeño que contiene una concentración infinitamente alta de la materia, aumentando de tamaño hasta lo que observamos hoy en día. La teoría de la inflación, una expansion super-rápida del espacio propuesta en las últimas décadas, responde muchos interrogantes importantes, como por qué ligeros grumos en la concentración de materia del universo temprano se fusionaron en grandes cuerpos celestes, como galaxias y cúmulos de galaxias.

Sin embargo, estas teorías dejan preguntas importantes sin resolver. Por ejemplo: ¿Que inició el Big Bang? ¿Qué causó el final de la inflaccion? ¿Cuál es el origen de la misteriosa energía oscura que está causando al parecer, que el universo acelere su expansión?

La idea de que nuestro universo está totalmente contenido dentro de un agujero negro proporciona respuestas a estos problemas y muchos más. Se elimina la noción de las singularidades físicamente imposibles en nuestro universo. Y se basa en dos teorías centrales de la física.

La primera es la relatividad general, la moderna teoría de la gravedad. En ella se describe el universo en las escalas más grandes. Cualquier evento en el universo se presenta como un punto en el espacio y el tiempo o el espacio-tiempo. Un objeto masivo como el Sol distorsiona o "curva" el espacio-tiempo, como una bola de bolos descansando sobre un lienzo. La hondonada gravitacional del Sol altera el movimiento de la Tierra y los otros planetas que lo orbitan. La atracción del Sol sobre los planetas se nos aparece como la fuerza de gravedad.

El segundo es la mecánica cuántica, que describe el universo en las escalas más pequeñas, tales como el nivel del átomo. Sin embargo, la mecánica cuántica y la relatividad general son en la actualidad teorías separadas, los físicos han estado tratando de combinarlas en una sola teoría de la "gravedad cuántica" para describir adecuadamente los fenómenos importantes, como el comportamiento de las partículas subatómicas en los agujeros negros.

Una adaptación de 1960 de la relatividad general, llama la teoría de Einstein-Cartan-Kibble-Sciama de la gravedad, tiene en cuenta los efectos de la mecánica cuántica. No sólo proporciona un paso más hacia la gravedad cuántica, sino que también conduce a una visión alternativa del universo. Esta variación de la relatividad general incorpora una importante propiedad cuántica conocida como espín. Las partículas tales como átomos y electrones poseen espín, o momento angular interno que es análogo al giro de un patinador sobre hielo.

Segun esta teoria, el espin de las partículas interactúa con el espacio-tiempo y lo dota de una propiedad llamada "torsión". Para comprender la torsión, imaginar el espacio-tiempo no como una tela de dos dimensiones, sino como una varilla flexible unidimensional. Doblar la varilla corresponde a la curva el espacio-tiempo, y girar la barra ( N.T: En un movimiento similar al que hacemos al estrujar un trapo) corresponde a la torsión del espacio-tiempo. Si la vara es muy delgada, se puede doblar, pero es difícil ver si esta torcida o no.

La torsión del espacio-tiempo sólo sería significativa, sin llegar a considerarse notable, en el universo temprano o en los agujeros negros. En estos ambientes extremos, la torsión del espacio-tiempo se manifestaría como una fuerza repulsiva que contrarresta la fuerza de la gravedad atractiva que viene de la curvatura del espacio-tiempo. Al igual que en la versión estándar de la relatividad general, las estrellas muy masivas terminan colapsando en agujeros negros: las regiones del espacio desde el cual nada, ni siquiera la luz puede escapar.

Así es como la torsión jugaría en los primeros momentos de nuestro universo. Inicialmente, la atracción gravitatoria del espacio curvo superó las fuerzas repulsivas de torsión, encerrando la materia en pequeñas regiones del espacio. Pero con el tiempo la torsión se habría vuelto muy fuerte evitando que la materia se comprimiese en un punto de densidad infinita, la materia habría alcanzado un estado de densidad muy grande, pero finita. Como la energía se puede convertir en masa, la energía gravitacional inmensamente alta en este estado extremadamente denso habría causado una intensa producción de partículas, aumentando la masa en el interior del agujero negro.

El creciente del número de partículas con espín se traduciría en mayores niveles de torsión del espacio-tiempo. La torsión repulsiva detendría el colapso y crearía un "gran rebote", como una pelota de playa comprimida que salta fuera de los brazos de quien la apresa. El retroceso rápido después de un gran rebote podría ser lo que ha llevado a nuestro universo a la expansión. El resultado de este retroceso coincide con las observaciones de la forma del universo, la geometría y la distribución de su masa.

A su vez, el mecanismo de torsión sugiere un escenario sorprendente: cada agujero negro podría producir un nuevo universo, el bebé en su interior. Si eso es cierto, entonces la primera materia en nuestro universo vino de otra parte. Así pues, nuestro propio universo podría ser el interior de un agujero negro que existe en otro universo. Así como no podemos ver lo que está pasando en el interior de los agujeros negros en el cosmos, los observadores en el universo de los padres no podían ver lo que está pasando en el nuestro.

El movimiento de la materia a través de la frontera del agujero negro, llamado un "horizonte de sucesos", sólo ocurriría en una sola dirección, proporcionando una dirección al tiempo que percibimos como seguir adelante. La flecha del tiempo en nuestro universo, por tanto, se hereda, a través de torsión, del universo de los padres. (N.T: Es decir que la dirección del tiempo es aquella en la que nos acercamos al centro del agujero negro ya que la caída hacia él una vez superado el horizonte de sucesos es inevitable. Esto es así porque en el interior de un agujero negro la dirección del tiempo y una de las dimensiones temporales, aquella cuyo vector es paralelo a las lineas de fuerza del campo gravitatorio del agujero negro, se intercambian sus papeles)

La Torsión también podría explicar el desequilibrio observado entre materia y antimateria en el universo. Debido a la torsión, la materia se desintegra en electrones y los quarks conocidos, y la antimateria se desintegra en "materia oscura", una misteriosa forma de materia invisible que parece explicaría la superioridad de la materia respecto a la antimateria en el universo.

Por último, la torsión puede ser la fuente de "energía oscura", una misteriosa forma de energía que impregna todo el espacio y aumenta la tasa de expansión del universo. La geometría con torsión produce como una consecuencia natural una "constante cosmológica", una especie de fuerza externa añadida que es la forma más sencilla de explicar la energía oscura. Por lo tanto, la expansión acelerada observada en el universo puede llegar a ser la evidencia más fuerte para la torsión.

La torsión por lo tanto, proporciona una base teórica para un escenario en el que el interior de cada agujero negro se convierte en un nuevo universo. También aparece como un remedio para varios problemas importantes de la actual teoría de la gravedad y la cosmología. Los físicos todavía tienen que combinar la teoría de Einstein-Cartan-Kibble-Sciama plenamente con la mecánica cuántica en una teoría cuántica de la gravedad. Si bien la resolución de algunas cuestiones importantes, que plantea otras nuevas de sí mismo. Por ejemplo, ¿Qué sabemos sobre el universo los padres y el agujero negro dentro de la cual nuestro universo reside? ¿Cuántas capas de universos padres tenemos? ¿Cómo podemos probar que nuestro universo vive en un agujero negro?

La última pregunta puede potencialmente ser investigada: puesto que todas las estrellas y los agujeros negros giran, nuestro universo habría heredado la rotación del eje del agujero negro de los padres como una "dirección preferida". Hay algunas pruebas recientes a partir del estudio de más de 15.000 galaxias que en un hemisferio del universo más galaxias espirales son "zurdas", o girando en sentido horario, mientras que en el otro hemisferio son más "mano derecha", o en sentido contrario de rotación. En cualquier caso, creo que la inclusión de la torsión en la geometría del espacio-tiempo es un paso correcto hacia una teoría acertada de la cosmología.


1 comentarios:

Realmente sorprendente, no conocía para nada la existencia de teorías como esta, y ciertamente se aplican muy bien a la realidad (aunque con sus interrogantes como todas las teorías). Quizás sea el avance correcto como asegura el autor.

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