Hemos recorrido un largo camino en 13.8 mil millones de años; pero a pesar de nuestra comprensión impresionantemente amplia del Universo, todavía quedan algunas cadenas sin atar. Por un lado, existe la desconexión citada con frecuencia entre la relatividad general, la física de lo muy grande y la mecánica cuántica, la física de lo muy pequeño. Luego hay un destino problemático de la información intrínseca de una partícula después de que cae en un agujero negro. Ahora, una nueva interpretación de la física fundamental intenta resolver ambos enigmas haciendo una afirmación atrevida: a ciertas escalas, el espacio y el tiempo simplemente no existen.
Comencemos con algo que no está en cuestión. Gracias a la teoría de la relatividad especial de Einstein, todos podemos estar de acuerdo en que la velocidad de la luz es constante para todos los observadores. También podemos estar de acuerdo en que, si no eres un fotón, acercarse a la velocidad de la luz viene con algunas reglas bastante funky, es decir, cualquiera que lo vea verá que su longitud se comprime y su reloj se ralentiza.
Pero la ralentización del tiempo también ocurre cerca de objetos gravitacionalmente potentes, que se describen por la relatividad general. Entonces, si estás haciendo turismo en el centro de la Vía Láctea y tomas la lamentable decisión de acercarte demasiado al horizonte de eventos de nuestro agujero negro supermasivo (más siniestramente conocido como su punto de no retorno), cualquiera que esté observando También verá que su reloj se ralentiza. De hecho, él o ella será testigo de que su movimiento hacia el horizonte de eventos disminuirá drásticamente infinito cantidad de tiempo; es decir, desde la perspectiva de tu amigo ahora traumatizado, nunca cruzas el horizonte de eventos. Sin embargo, usted no sentirá ninguna diferencia en la progresión del tiempo a medida que caiga más allá de esta barrera invisible, que pronto se verá espantada por la inmensa gravedad del agujero negro.
Entonces, ¿quién es "correcto"? La relatividad dicta que el punto de vista de cada observador es igualmente válido; pero en esta situación, ambos no pueden tener razón. ¿Te enfrentas a tu muerte en el corazón de un agujero negro, o no? (Nota: esto no es estrictamente una paradoja, pero intuitivamente, se siente un poco pegajoso).
Y hay un problema adicional más grande. Se cree que el horizonte de eventos de un agujero negro da lugar a la radiación de Hawking, un tipo de energía de escape que eventualmente conducirá tanto a la evaporación del agujero negro como a la destrucción de toda la materia y la energía que una vez estuvo dentro de él. Este concepto tiene físicos de agujeros negros rascándose la cabeza. Porque de acuerdo con las leyes de la física, toda la información intrínseca sobre una partícula o sistema (es decir, la función de onda cuántica) debe conservarse. No puede simplemente desaparecer.
¿Por qué todas estas extrañas paradojas? Debido a que existen agujeros negros en el espacio nebuloso donde una singularidad se encuentra con la relatividad general, terreno fértil pero aún sin explotar para la esquiva teoría de todo.
Ingrese dos conceptos interesantes pero controvertidos: relatividad doblemente especial y arcoiris de la gravedad.
Así como la velocidad de la luz es una constante universalmente acordada en relatividad especial, también lo es la energía de Planck en relatividad doblemente especial (DSR). En DSR, este valor (1.22 x 1019 GeV) es la energía máxima (y, por lo tanto, la masa máxima) que una partícula puede tener en nuestro Universo.
Dos consecuencias importantes del valor máximo de energía de DSR son las unidades mínimas de tiempo y espacio. Es decir, independientemente de si se está moviendo o está parado, en un espacio vacío o cerca de un agujero negro, estará de acuerdo en que el espacio clásico se descompone a distancias más cortas que la longitud de Planck (1.6 x 10-35 m) y el tiempo clásico se descompone en momentos más breves que el tiempo de Planck (5.4 x 10-44 segundo).
En otras palabras, el espacio-tiempo es discreto. Existe en unidades indivisibles (aunque muy pequeñas). Cuántico abajo, clásico arriba. Agregue la relatividad general a la imagen y obtendrá la teoría del arco iris de la gravedad.
Los físicos Ahmed Farag Ali, Mir Faizal y Barun Majumder creen que estas teorías pueden usarse para explicar los enigmas de agujeros negros antes mencionados, tanto su controversial espaguetización como la paradoja de la información. ¿Cómo? Según DSR y el arco iris de la gravedad, en regiones menores de 1.6 x 10-35 my a veces menos de 5,4 x 10-44 sec ... el universo tal como lo conocemos simplemente no existe.
"En el arco iris de la gravedad, el espacio no existe por debajo de una cierta longitud mínima, y el tiempo no existe por debajo de un cierto intervalo de tiempo mínimo", explicó Ali, quien, junto con Faizal y Majumder, escribió un artículo sobre este tema que se publicó el mes pasado. . "Por lo tanto, todos los objetos existentes en el espacio y que ocurren en un momento no existen por debajo de ese intervalo de longitud y tiempo [que están asociados con la escala de Planck]".
Afortunadamente para nosotros, cada partícula que conocemos y, por lo tanto, cada partícula de la que estamos hechos, es mucho más grande que la longitud de Planck y dura mucho más que el tiempo de Planck. Entonces, ¡uf! - Tú y yo y todo lo que vemos y sabemos puede seguir existiendo. (Simplemente no sondees demasiado).
El horizonte de eventos de un agujero negro, sin embargo, es una historia diferente. Después de todo, el horizonte de eventos no está hecho de partículas. Es puro espacio-tiempo. Y según Ali y sus colegas, si pudieras observarlo en escalas de tiempo o distancia extremadamente cortas, dejaría de tener sentido. No sería un punto de no retorno en absoluto. En su opinión, la paradoja solo surge cuando se trata el espacio-tiempo como continuo, sin unidades mínimas de longitud y tiempo.
"Como la paradoja de la información depende de la existencia del horizonte de eventos, y un horizonte de eventos como todos los objetos no existe por debajo de una cierta longitud e intervalo de tiempo, entonces no hay paradoja de información absoluta en el arco iris de la gravedad". La ausencia de un horizonte efectivo significa que no hay nada que impida absolutamente que la información salga del agujero negro ", concluyó Ali.
Sin horizonte de eventos absoluto, sin paradoja de la información.
¿Y qué hay de tu spaghettification dentro del agujero negro? Nuevamente, depende de la escala a la que elija analizar su situación. En el arco iris de la gravedad, el espacio-tiempo es discreto; por lo tanto, las matemáticas revelan que tanto usted (el fallador condenado) como su observador presenciarán su fallecimiento dentro de un período de tiempo finito. Pero en la formulación actual de la relatividad general, donde el espacio-tiempo se describe como continuo, surge la paradoja. El fallador, bueno, cae; mientras tanto, el observador nunca ve al fallador pasar el horizonte de eventos.
"La lección más importante de este documento es que el espacio y el tiempo existen más allá de cierta escala", dijo Ali. “No hay espacio ni tiempo por debajo de esa escala. Por lo tanto, no tiene sentido definir partículas, materia o cualquier objeto, incluidos los agujeros negros, que existan en el espacio y el tiempo por debajo de esa escala. Por lo tanto, mientras nos mantengamos confinados a las escalas en las que existen tanto el espacio como el tiempo, obtenemos respuestas físicas sensatas. Sin embargo, cuando intentamos hacer preguntas a intervalos largos y de tiempo que están por debajo de las escalas en las que existe el espacio y el tiempo, terminamos obteniendo paradojas y problemas ”.
Para recapitular: si el espacio-tiempo continúa en escalas arbitrariamente pequeñas, las paradojas permanecen. Sin embargo, si el arco iris de la gravedad es correcto y la longitud de Planck y el tiempo de Planck son la unidad más pequeña de espacio y tiempo que existe fundamentalmente, estamos en claro ... al menos, matemáticamente hablando. Desafortunadamente, las escalas de Planck son demasiado pequeñas para que nuestros colisionadores de partículas modernos miserables puedan probarlas. Entonces, al menos por ahora, este trabajo proporciona otro resultado puramente teórico.
El artículo fue publicado en la edición del 23 de enero de Europhysics Letters. Una preimpresión del documento está disponible aquí.
