Stephen Hawking: "No hay agujeros negros”

“En la teoría clásica no hay forma de escapar a un agujero negro”, dijo Hawking a la revista Nature. La Teoría Cuántica, empero, “permite que la energía y la información escapen de un agujero negro”. Una explicación completa del proceso, admite el físico, requeriría una teoría que fusione exitosamente la gravedad con otras fuerzas fundamentales de la naturaleza. Pero eso es una meta que ha esquivado a los físicos durante casi un siglo. “El tratamiento correcto”, dice Hawking, “sigue siendo un misterio”.

El nuevo trabajo de Hawking es un intento por resolver lo que se conoce como la paradoja de las paredes de fuego del agujero negro, que ha estado contrariando a los físicos durante casi dos años, luego de haber sido descubierta por el físico teórico Joseph Polchinski y sus colegas del Instituto Kavli.

En un experimento mental, los investigadores se preguntaron qué le pasaría a un astronauta que tuviera la mala suerte de caer en un agujero negro. Los horizontes de sucesos son consecuencias matemáticamente simples de la teoría general de la relatividad de Einstein, señaladas por primera vez por el astrónomo alemán Karl Schwarzschild en una carta que escribió a Einstein a finales de 1915, menos de un mes después de la publicación de la teoría.

En ese escenario, según habían creído los físicos durante mucho tiempo, el astronauta atravesaría felizmente el horizonte de eventos sin ser consciente de su inminente perdición, antes de ser gradualmente absorbido (y alargado, como espagueti) y eventualmente aplastado en la “singularidad”, el núcleo del agujero negro que hipotéticamente es infinitamente denso.

Pero al analizar la situación en detalle, el equipo de Polchinski llegó a la impactante comprensión de que las leyes de la mecánica cuántica, que gobiernan las partículas a pequeña escala, cambian la situación completamente. La teoría cuántica, dicen, dicta que el horizonte de eventos de hecho debe ser transformado en una región altamente energética, o “pared de fuego”, que chamuscaría al astronauta.

Esto era alarmante porque, aunque la pared de fuego obedecía las reglas cuánticas, burlaba la teoría general de relatividad de Einstein. Según esa teoría, alguien en caída libre debería percibir las leyes de la física de forma idéntica en cualquier parte del Universo (ya sea cayendo a un agujero negro o flotando en un espacio intergaláctico vacío). En lo que respecta a Einstein, el horizonte de eventos debería ser un lugar nada extraordinario.

Más allá del horizonte

Ahora, Hawking propone una tercera opción tentadoramente simple. La mecánica cuántica y la relatividad general siguen intactas, pero los agujeros negros simplemente no tienen un horizonte de eventos que prenda fuego. La clave para esta afirmación es que los efectos cuánticos alrededor del agujero negro causan que el espacio tiempo fluctúe en forma demasiado violenta para que pueda existir una superficie de frontera definida.

En lugar del horizonte de eventos, Hawking invoca un “horizonte aparente”, una superficie sobre la que los rayos de luz que intentan alejarse del núcleo del agujero negro quedan suspendidos.

En la teoría general de la relatividad, para un agujero negro inmutable estos dos horizontes son idénticos, porque la luz que intenta escapar de adentro de un agujero negro sólo puede llegar hasta el horizonte de eventos, donde será retenida, como atorada en una rueda de molino. Sin embargo, en principio se puede distinguir entre ambos horizontes. Si más materia es tragada por el agujero negro, su horizonte de eventos se agrandará y crecerá más que el horizonte aparente.

Por el contrario, Hawking también demostró en la década de 1970 que los agujeros negros también pueden achicarse, vomitando “radiación Hawking”. En ese caso, en teoría el horizonte de eventos se haría más chico que el horizonte aparente. La nueva sugerencia de Hawking es que el horizonte aparente es el verdadero límite. “La ausencia de horizontes de eventos significa que no hay agujeros negros, en el sentido de los regímenes de los que la luz no puede escapar al infinito”, escribe Hawking.

“La imagen que presenta Hawking suena razonable”, dice Don Page, un físico experto en agujeros negros de la Universidad de Alberta, en Edmonton, Canadá, quien colaboró con Hawking en la década de 1970. “Se podría decir que es radical proponer que no hay horizonte de eventos. Pero son condiciones altamente cuánticas, e incluso hay ambigüedad respecto de qué es el espacio tiempo, y ni hablar de si hay una región concreta que pueda marcarse como horizonte de eventos”, explica.

Aunque Page acepta la propuesta de Hawking de que podría existir un agujero negro sin horizonte de eventos, cuestiona si eso solo basta para superar la paradoja de las paredes de fuego. La presencia de un horizonte aparente incluso efímero, advierte, bien podría causar los mismos problemas que un horizonte de eventos.

Al contrario del horizonte de eventos, el horizonte aparente eventualmente puede disolverse. Page subraya que Hawking está abriendo la puerta a un escenario tan extremo “que en principio cualquier cosa puede salir de un agujero negro”. Aunque Hawking no especifica en su artículo exactamente cómo desaparecería un horizonte aparente, Page especula que cuando se ha achicado a cierto tamaño en que se combinan la mecánica cuántica y la gravedad, es creíble que pueda desaparecer. En ese punto, lo que sea que alguna vez haya quedado atrapado dentro del agujero negro sería liberado (aunque no en buena forma).

Si Hawking tiene razón, podría no haber singularidad en el núcleo de un agujero negro. En cambio, la materia sólo sería retenida temporalmente dentro del horizonte aparente, que gradualmente se movería hacia adentro debido a la atracción del agujero negro, pero nunca terminaría por aplastarse en el centro. La información sobre esta materia no se destruiría sino que sería altamente desordenada de manera tal que, al ser liberada a través de radiación Hawking, tendría una forma sumamente diferente, haciendo casi imposible determinar qué fueron alguna vez los objetos tragados.

“Sería peor que intentar reconstruir un libro que alguien quemó hasta dejarlo en cenizas”, dice Page. En su artículo, Hawking lo compara con intentar pronosticar el clima: en teoría es posible, pero en la práctica es muy difícil hacerlo con gran precisión.

Sin embargo, Polchinski muestra escepticismo respecto de que en la naturaleza puedan existir agujeros negros sin horizonte de eventos. El tipo de fluctuaciones violentas que se necesitan para borrarlo son demasiado raras en el Universo, señala. “En la gravedad de Einstein, el horizonte del agujero negro no es tan distinto de cualquier otra parte del espacio”, considera Polchinski. “Nunca vemos fluctuar el espacio tiempo en nuestro propio vecindario: simplemente es demasiado raro a gran escala”, afirma.

Raphael Bousso, físico teórico de la Universidad de California, en Berkeley y ex alumno de Hawking, dice que esta última contribución subraya qué tan “horrendo” les parece a los físicos la existencia potencial de paredes de fuego. Sin embargo, también muestra cautela respecto de la solución de Hawking.

“La idea de que no hay puntos de los que no se pueda escapar de un agujero negro, en cierta forma es una sugerencia más problemática y radical que la existencia de las paredes de fuego”, precisa. “Pero el hecho de que sigamos discutiendo estas cuestiones 40 años después de la primera información y documentos de investigación de Hawking sobre los agujeros negros es un testamento de su enorme importancia”, agrega.