espacio anti-de Sitter

Una nube de polvo cósmico, homogénea y esférica, comienza a contraerse bajo su propia gravedad. En algún momento, según las leyes clásicas, debería colapsar en un punto de densidad infinita: una singularidad.

En el lejano cosmos existe un objeto hipotético: un agujero negro ultrafrío. Está cargado y se encuentra en un universo en expansión (espacio de Sitter). Su temperatura está cerca del cero absoluto, aproximadamente una billonésima de grado por encima de él.

Un agujero negro en rotación no es un remolino tranquilo. El espacio a su alrededor tiembla y vibra ante la menor perturbación, como la cuerda de una guitarra después de un pellizco. Estas oscilaciones se describen mediante la ecuación de Teukolsky, una construcción matemática compleja que los físicos estudian desde hace medio siglo.

Un agujero negro, tras ser golpeado, suena como una campana. Pero en lugar de sonido, emite ondas gravitacionales cuya frecuencia decae rápidamente: esto se llama modos cuasinormales. Por ese 'tañido' se puede conocer la masa del agujero, su rotación y otras propiedades.

Dos pelotas lanzadas desde alturas diferentes caen al suelo con aceleraciones distintas. En el espacio todo es más complejo: incluso el vacío hace que los cuerpos se muevan de manera diferente.

Un globo inflable con líneas de campo magnético dibujadas con rotulador es un modelo sencillo de cómo se comporta un campo magnético débil en un universo en expansión. Mientras el globo es pequeño, las líneas yacen obedientemente sobre la goma y no impiden que se estire. Así, aproximadamente, el campo llena el espacio ya existente sin discutir con su geometría.

Un gas que pasa por una válvula estrecha puede calentarse o enfriarse: es el efecto Joule-Thomson, en el que se basan los refrigeradores y los licuadores de aire. Resulta que los agujeros negros también pueden comportarse así.

El Universo es una orquesta grandiosa donde la energía oscura dirige la expansión.

En un mundo ordinario sin energía oscura, la masa de cualquier cuerpo es siempre positiva. Parece obvio: la masa positiva atrae, creando gravedad. Pero en el universo real existe la energía oscura, una fuerza misteriosa que hace que el cosmos se expanda cada vez más rápido.

El límite de un agujero negro es como el borde de una cascada: una vez que lo cruzas, no hay vuelta atrás. Pero a diferencia de una cascada, este límite puede ser muy frágil: basta un ligero empujón para que desaparezca.

Un corredor que, a mitad de la carrera, de repente cambia a paso ligero: ni acelera ni frena, sino que mantiene un ritmo constante. Algo similar pudo ocurrirle al propio universo poco después del Big Bang. Esta fase se denominó «estasis», de la palabra griega que significa «detención».

La inflación es la expansión vertiginosa del Universo recién nacido, cuando las fluctuaciones cuánticas se estiraron hasta escalas cósmicas. La radiación cósmica de fondo — luz fosilizada de aquella época, sombras en la pared de nuestra caverna cósmica.

La explosión de una lejana supernova nos contó algo difícil de creer: el mundo se expande cada vez más rápido. El motor de esta aceleración es la energía oscura, casi el 70% de todo lo que existe.

El horizonte de un agujero negro se asemeja a una película de jabón estirada sobre el abismo. Desde fuera parece perfectamente liso, pero de cerca tiembla. Esta ondulación nace de las fluctuaciones cuánticas: la creación y aniquilación continuas de partículas en el vacío.

El vacío nunca está completamente vacío. En un espacio curvo —por ejemplo, en un universo en expansión o cerca de un agujero negro— el vacío se calienta. Esto recuerda a la situación en la que la aceleración hace que las partículas aparezcan como de la nada: un fenómeno conocido como radiación térmica del vacío.

Después del Big Bang, el universo pudo haber quedado atrapado en un falso vacío, un estado temporal como una burbuja de jabón lista para reventar. Una rara burbuja de vacío verdadero podría entonces estallar, estirando el espacio en un abrir y cerrar de ojos.

La constante cosmológica hace que el universo se expanda de forma acelerada. En un futuro lejano, cuando toda la materia se haya dispersado, solo quedará el espacio de Sitter vacío, un fondo cósmico perfecto.

La luz, al pasar cerca de un cuerpo masivo, desvía ligeramente su trayectoria: la gravedad atrae incluso a los rayos. En una situación normal, un haz de luz que proviene de una estrella lejana se comprime, como si lo estiraran con una goma invisible.

El Universo se comporta como una burbuja de jabón que se infla en una espuma multidimensional. El modelo de la burbuja oscura explica por qué se expande cada vez más rápido: la burbuja del espacio-tiempo crece y su membrana adquiere un grosor diminuto, de aproximadamente una micra, como el de una bacteria.

Nuestro universo se expande y su futuro, según los cosmólogos, es un espacio de de Sitter vacío y frío. Comprender su naturaleza cuántica es como intentar leer un libro mirando solo la portada.

Un traductor no solo escucha las palabras, sino también la entonación, las pausas, el temblor de la voz. El análisis entrópico ordinario de las perturbaciones cósmicas se parece a un acta de reunión: registra los hechos, pero pierde los matices. La pseudoentropía entropía es una nueva herramienta que capta la "música" oculta del universo temprano.

Dos reglas muestran una longitud ligeramente distinta de la misma mesa. Así se ve aproximadamente la situación en cosmología con la constante de Hubble, el número que indica a qué velocidad se expande el universo.

Si tiras una piedra a un estanque, se forman ondas en el agua. De manera similar, un agujero negro «suena» cuando cae materia en él o cuando su espacio-tiempo se sacude ligeramente. Estas oscilaciones amortiguadas se denominan modos cuasinormales, como el tañido de una campana que se va apagando poco a poco.

El Universo se expande cada vez más rápido gracias a la energía oscura. Pero las mediciones de la velocidad dan resultados contradictorios. Nueva explicación: en el pasado, la energía oscura actuó como un freno, ralentizando la separación de galaxias, y luego cambió a aceleración.

Un agujero negro ordinario es como una estufa que calienta más cuanto menor es su masa. Un agujero diminuto debería incandescer a temperaturas inimaginables y evaporarse al instante.

Una sábana estirada forma pliegues. Si tiras de una esquina, corre una onda uniforme; si comprimes la tela bruscamente, se produce un doblez agudo. Más o menos así se comportan el espacio y el tiempo en las ecuaciones de Einstein.

Una bombilla normal brilla más cuando se calienta, eso lo sabe cualquiera. Pero un agujero negro del tamaño de un núcleo atómico obedece otras leyes. Cuando se evapora, emitiendo partículas por efectos cuánticos en su mismo borde (el horizonte de sucesos), su brillo no aumenta con la temperatura, sino que disminuye.

Estiran un colchón inflable y sobre él gira un remolino de agua. Al estirarse, el remolino se contrae: su tamaño con respecto a toda la superficie disminuye.

Si echas un trozo de hielo en agua hirviendo, se derretirá hasta desaparecer. De manera similar se comporta un agujero negro en el espacio, solo que aquí el 'agua hirviendo' es el propio espacio, que extrae continuamente energía de él.

Una bola pesada yace sobre una cama elástica, y la tela se hunde bajo ella. Cualquier pelota que ruede cerca inevitablemente rueda hacia el centro. Así funciona aproximadamente la gravedad a escala de todo el universo. Pero, ¿y si la tela estuviera curvada hacia arriba, como una cúpula? Entonces la pelota tendería a rodar hacia afuera.

El universo es un libro finito. Su expansión acelerada, alimentada por la energía oscura, pega las páginas distantes, convirtiéndolas en capítulos inaccesibles. La expansión acelerada traza un horizonte, como el de un agujero negro: lo que hay detrás se pierde.

Stephen Hawking imaginó que el Universo nació no de una explosión, sino que emergió suavemente de la «nada» cuántica. En mundos con geometría cóncava (espacio anti-de Sitter), este nacimiento presenta un borde, como el aro de un tambor.

Durante mucho tiempo, la energía oscura — esa fuerza misteriosa que impulsa la expansión del Universo — se consideró eterna e inmutable, como una levadura que nunca pierde su poder. Pero no se lograba explicar esa constancia mediante las leyes del micromundo, y los científicos comenzaron a sospechar que esta «levadura» podría estar perdiendo fuerza.

El mundo cuántico no soporta que intenten describirlo con números exactos. Normalmente, los físicos descomponen una interacción compleja en una serie larga, como una suma de correcciones cada vez más pequeñas.

Una rosquilla matemática —un toro— se instaló en la frontera de un mundo tridimensional donde actúa la gravedad. Se puede arrugar y estirar, y los físicos decidieron comprobar cómo se comporta. Dentro de este mundo, el espacio puede ser plano, como una mesa; expandirse, como una burbuja de jabón; o curvarse como una silla de montar. La frontera con forma de rosquilla no quiso permanecer lisa.

Una piedra cae en un estanque y las ondas se expanden por la superficie. Pero si el estanque está agitado, con olas que se cruzan, el panorama se complica. Algo parecido ocurre en el espacio alrededor de un agujero negro cuando algo lo perturba: vibra y emite ondas gravitacionales.

Un agujero negro puede imaginarse como un remolino en un río: tiene un borde —el horizonte de sucesos— más allá del cual la corriente arrastra todo sin retorno. En el centro se oculta la singularidad, un punto donde las leyes conocidas dejan de funcionar.

Un lápiz que cae al suelo impacta con toda su superficie a la vez. Pero si el suelo fuera cuántico —formado por innumerables granos de arena vibrantes—, el lápiz nunca tocaría un único punto.

Un puñado de granos de arroz cae en una sartén caliente y empiezan a saltar. Cada grano empuja a sus vecinos, y todo el montón se agita sin que nadie lo toque. Eso es la materia activa: una multitud de partículas que extraen energía por sí mismas y la convierten en movimiento.

Las gotas de un grifo mal cerrado marcan un ritmo claro. Un ritmo similar, pero a escala cósmica, han descubierto los astrofísicos: la formación de agujeros negros primordiales —objetos diminutos nacidos en los primeros instantes tras el Big Bang— tampoco es caótica, sino estrictamente acompasada.