lunes, 22 de febrero de 2016

Agujero negro de quinta dimensión podría poner en entredicho la relatividad general



Nos gusta pensar en el universo físico como una entidad gobernada por leyes inmutables, pero tal vez estas leyes no son tan concretas como nos imaginamos. Un equipo de físicos de la Universidad de Cambridge han llevado a cabo simulaciones por computadora que muestran que un agujero negro en forma de anillo de cinco dimensiones podría violar la teoría general de la relatividad de Einstein mediante la creación de una singularidad desnuda, lo que podría poner en entredicho las ecuaciones detrás de la teoría.


Aunque sólo tiene alrededor de un siglo de antigüedad, la teoría de la relatividad general es clave para entender la naturaleza básica del universo. Nos dice que la gravedad es una distorsión ocasionada por la materia del continuo espacio-tiempo. Nos permite estimar la edad del universo y su estructura. Incluso se utiliza en los sistemas de navegación GPS con confianza.

Sin embargo, la relatividad general no se aplica en todas partes. Por ejemplo, en un agujero negro el espacio y el tiempo colapsan uno sobre el otro en una singularidad que tiene masa infinita y gravedad infinita. Es un lugar donde el espacio, tiempo, materia, y las mismas leyes de la física dejan de existir y donde cualquier cosa que entra se queda atrapada para siempre - si es que existe en absoluto.


Es el tipo de cosas que da a los físicos que pensar, sin embargo estos se tranquilizan por el hecho de que, técnicamente, los agujeros negros no existen en nuestro universo. En cambio, están editados fuera de nuestro universo por una especie de censura cósmica. En otras palabras, aunque un agujero negro puede existir desde el punto de vista de un ser omnisciente y son generalmente aceptados por los científicos, no podemos realmente demostrar que existen, porque no podemos observarlos.


Esto se debe a que un agujero negro se esconde detrás de lo que se llama el horizonte de sucesos. Esta es un área alrededor del agujero negro, donde la fuerza de gravedad es tan fuerte que la propia luz no puede escapar. Esto significa que el agujero negro está efectivamente aislado de nuestro universo ya que nada, ni siquiera la luz, puede escapar, lo que significa que ningún dato puede salir de ahí hacia nuestro universo. Se trata de un punto fuera de la realidad. Esta "censura cósmica" significa que, a pesar de que las leyes de la física no funcionan dentro de un agujero negro, no importa porque está escondido detrás del horizonte de eventos, por lo que a efectos prácticos no existe el agujero negro.


Eso es reconfortante excepto por el hecho de que la relatividad general no dice cuántas dimensiones existen. Nuestro continuo espacio-tiempo se compone de cuatro dimensiones (altura, anchura, anchura, y tiempo). Pero la teoría de cuerdas y otras ramas de la física teórica dicen que podría haber hasta 11 dimensiones con algunas existentes a escalas muy grandes, incluso cósmicas, y otras en la escala cuántica, que sólo podemos percibir indirectamente.


Lo que el equipo de Cambridge y científicos de la Universidad Queen Mary de Londres hicieron fue utilizar el superordenador COSMOS para simular cómo un agujero negro que existe en un universo de cinco dimensiones se comportaría. Tales agujeros negros extra-dimensionales simulados se han conocido de forma teórica, desde el año 2002, pero el equipo dice que esta es la primera vez que uno se ha simulado con una supercomputadora para conocer su dinámica.


Lo que encontraron fue que en la mayoría de los casos, el agujero negro se colapsa en una esfera rodeada de un horizonte de eventos como lo hace en nuestro universo. Sin embargo, en algunos casos se forma un anillo negro delgada. Este anillo crea protuberancias conectadas por cadenas, que crecen y se hacen más delgadas. Con el tiempo, estas cadenas se cortan y las protuberancias se convierten en mini agujeros negros, pero sin horizontes de sucesos. Estos "singularidades desnudas" serían lugares donde la relatividad general se rompe, sin embargo, serían visibles para el resto del universo.


Esto sería algo verdaderamente malo para los físicos, porque representaría un objeto que se ha colapsado sobre sí mismo hasta alcanzar una densidad infinita, un estado que hace que las leyes de la física se rompan y que a pesar de todo todavía existe. Esto significaría que el universo ya no es completamente predecible porque la física es como un tapiz tejido con cuidado. Si una ley cae, también lo hacen todas los demás. De hecho, el gran logro de Einstein no fue demostrar que Newton estaba equivocado, sino que su modelo clásico del universo era un caso especial dentro de un nuevo modelo que Einstein formuló.


Una singularidad desnuda sería como tomar toda la física y ponerla de cabeza. Ya no tendríamos una explicación general de cómo funciona la realidad. Tendría a los físicos corriendo de nuevo a la mesa de dibujo que buscar otra cosa, como por ejemplo la gravedad cuántica, que puede explicar el universo.


"Cuanto más capaces seamos de simular la teoría de la gravedad de Einstein en dimensiones más altas, más fácil será para nosotros ayudar con el avance de nuevas técnicas computacionales - estamos empujando los límites de lo que puede hacer en un equipo cuando se trata de la teoría de Einstein ", dijo la estudiante de doctorado Saran Tunyasuvunakool. "Pero si la censura cósmica no se sostiene en dimensiones más altas, entonces tal vez tenemos que mirar lo que hay de especial en un universo de cuatro dimensiones que se sostiene".






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