¿El colapso de los agujeros negros puede marcar el final del universo o un nuevo inicio?

Desde que Albert Einstein formuló la teoría de la relatividad general, los agujeros negros han sido considerados regiones donde el espacio y el tiempo colapsan. En su interior, hay quienes predicen la existencia de una singularidad: un punto en el que la materia se comprime hasta una densidad infinita y las ecuaciones dejan de tener sentido.

Sin embargo, esta concepción enfrenta desafíos cuando se incorpora la mecánica cuántica, que estudia -a grandes rasgos- la composición del universo en niveles atómicos y subatómicos. La misma sugiere que la evolución del espacio-tiempo podría ser más compleja de lo que se pensaba.

Una reciente investigación, publicada en Physical Review Letters, presenta un modelo teórico que replantea el concepto de singularidad en los agujeros negros mediante un enfoque basado en la gravedad unimodular.

Los científicos proponen que, bajo ciertas condiciones, el colapso gravitacional no conduce a un punto de densidad infinita, sino que da lugar a una fase altamente cuántica en la que el tiempo y el espacio continúan en un desarrollo constante. Esto podría derivar en un objeto teórico aún no observado, según los expertos: un agujero blanco.

En la física teórica, la gravedad unimodular es, en resumen, una reformulación de la relatividad general en la que la constante cosmológica (un término en las ecuaciones de Einstein que representa la energía del vacío y afecta la expansión del cosmos) no es un valor fijo, sino una cantidad dinámica que influye en la evolución del universo.

Si bien esta teoría coincide con la relatividad general a nivel clásico, podría generar diferencias sustanciales en el régimen cuántico. El estudio sugiere que, al imponer el principio de unitariedad (garantiza que la evolución de un sistema es reversible y conserva la información en el tiempo) en el marco de la gravedad unimodular, el progreso del espacio-tiempo no se detiene en la singularidad.

En palabras del doctor Steffen Gielen, de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Sheffield, coautor del artículo: “Si bien, en general, se cree que el tiempo es relativo al observador, en nuestra investigación se deriva de la misteriosa energía oscura que impregna todo el universo”.

Para analizar el replanteo de la singularidad, los investigadores utilizaron un modelo teórico simplificado: el agujero negro planar. A diferencia de los convencionales, que tienen una forma esférica, estos presentan una superficie de horizonte de sucesos plana, lo que facilita su estudio matemático. Asimismo, los expertos sugieren que el mecanismo es aplicable para los agujeros negros clásicos.

El modelo se basa en la idea de que cualquier teoría cuántica debe ser unitaria. Aplicar este principio a los agujeros negros implica que su colapso no puede terminar en una singularidad donde la física se rompe.

En su lugar, el análisis muestra que el interior del intrigante objeto se podría convertir en una región de intensas fluctuaciones cuánticas, donde el tiempo y el espacio no desaparecen, sino que se desarrollan de manera distinta a lo previsto por la relatividad general.

El resultado más interesante es que, en este esquema, el agujero negro podría transformarse en un agujero blanco, una área donde la materia y la energía, en lugar de ser absorbidas, son expulsadas de vuelta al universo.

Como menciona el Dr. Gielen, “hipotéticamente, un observador —una entidad hipotética— podría atravesar el agujero negro, a través de lo que consideramos una singularidad, y emerger al otro lado del agujero blanco. Es una noción muy abstracta de observador, pero, en teoría, podría ocurrir”.

Un aspecto central de este modelo es la forma en que el tiempo es definido. En lugar de ser una propiedad absoluta o relativa al observador, como en la relatividad, en este caso se relaciona directamente con la energía oscura, el misterioso componente que impulsa la expansión del universo.

Según esta interpretación, la misma no solo rige la evolución a gran escala del cosmos, sino que también podría desempeñar un papel clave en la dinámica de los agujeros negros.

La posibilidad de que la singularidad no sea el final, sino una transición a una nueva fase del espacio-tiempo, plantea interrogantes fundamentales. Más allá de la teoría, este trabajo ofrece una vía para reconciliar la mecánica cuántica con la gravedad, un problema que desconcierta a los físicos hace décadas.

Si esta hipótesis es correcta, el concepto mismo de lo que es un agujero negro podría necesitar una revisión. En lugar de representar un punto de colapso total, estos objetos podrían ser el inicio de nuevas regiones del cosmos, donde las reglas de la física son diferentes a las que conocemos.