teorema de Penrose sobre singularidades

Un agujero negro atrapa todo lo que se acerca demasiado. Pero si en lugar de un solo objeto lanzas un par, uno de ellos puede salir disparado de vuelta, llevándose parte de la energía de rotación del agujero. Este truco, ideado por Roger Penrose en 1969, funciona solo porque el agujero negro tiene un horizonte: el límite del cual nada regresa.

Un agujero negro atrapa todo lo que se acerca demasiado. Pero si en lugar de un solo objeto lanzas un par, uno de ellos puede salir disparado de vuelta, llevándose parte de la energía de rotación del agujero. Este truco, ideado por Roger Penrose en 1969, funciona solo porque el agujero negro tiene un horizonte: el límite del cual nada regresa.

El haz de un reflector se pierde en la oscuridad, pero si lo seguimos hacia atrás, chocamos con la lámpara. Con la historia del universo quizás ocurre lo mismo: al rastrear su expansión hacia atrás, nos topamos con un comienzo. Los físicos tomaron el modelo más simple: un universo que se estira por igual en todas direcciones, como un cubo cuyos lados crecen.

La mecánica cuántica permite que una partícula esté en dos lugares a la vez: esto se llama superposición. Pero los cuerpos masivos, como una mota de polvo o una bolita, no se comportan así: su posición siempre está definida. ¿Por qué?

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.

Un agujero negro girado casi hasta su límite se parece a un atleta que se equilibra al borde del récord. Lo más interesante no ocurre dentro del agujero, sino en la finísima película del espacio-tiempo en su horizonte.

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.

Una casa vieja. La fachada recién pintada, la escalera no cruje. Bonita estampa. Pero basta con meter muebles pesados para que las tablas del suelo se hundan. La belleza de la fachada no dice nada sobre la solidez de los pisos. Algo parecido ocurre con los agujeros negros sin singularidad.

Una casa vieja. La fachada recién pintada, la escalera no cruje. Bonita estampa. Pero basta con meter muebles pesados para que las tablas del suelo se hundan. La belleza de la fachada no dice nada sobre la solidez de los pisos. Algo parecido ocurre con los agujeros negros sin singularidad.

La luz se congela en el borde del abismo: así se ve el horizonte de sucesos de un agujero negro ordinario. Pero en el centro de ese abismo se esconde una singularidad, un punto donde las leyes de la física dejan de funcionar. ¿Y si en lugar de un punto hubiera una cáscara dura? Un gravastar no es un agujero negro.

Un agujero negro sentado sobre una delgada membrana universal (la brana) se asemeja a una bola pesada que estira una lámina elástica. En la física clásica es calvo: solo masa, carga y rotación.

Una fogata arde parejo y durante mucho tiempo. Pero basta un soplo de viento para que la llama se apague, dejando solo brasas. Una historia similar ocurrió con el gravastar, un objeto hipotético que debía reemplazar al agujero negro. Un agujero negro común esconde en su interior una singularidad: un punto donde las leyes de la física se rompen.

En el centro de muchas galaxias se esconde un agujero negro envuelto en una nube invisible: el halo de materia oscura. No es una masa sin rostro: su densidad cambia del borde al centro, y el grado de esa "compacidad" se denomina compacidad.

La lona tensa de una cama elástica se hunde bajo una bola pesada. Si la bola gira rápidamente, la lona comienza a retorcerse a su alrededor. De manera similar se comporta el espacio-tiempo cerca de un agujero negro en rotación: no solo está curvado, sino que también es arrastrado por la rotación, como el agua alrededor de un remolino.

Una estrella ha agotado su combustible y se contrae rápidamente bajo su propio peso. Según las ideas clásicas, colapsa en un punto de densidad infinita: la singularidad. Pero, ¿y si la naturaleza no tolera los infinitos? En los modelos de agujeros negros regulares, en el centro no surge una singularidad, sino un núcleo denso de materia desconocida.

Un agujero negro normalmente oculta su singularidad bajo un horizonte de sucesos, una frontera invisible de la que ni siquiera la luz puede escapar. Pero a veces esa "capa" falta, y la singularidad, el punto donde la física conocida deja de funcionar, queda expuesta a un observador externo.

En el centro de un agujero negro clásico se esconde una singularidad: un punto donde la densidad y la curvatura del espacio-tiempo se vuelven infinitas. La física se queda muda allí.

Gas incandescente, girando en espiral, cae sobre un objeto superdenso invisible. Tal disco se asemeja a un vórtice gigante, pero a menudo está inclinado: su eje no coincide con el eje de rotación del cuerpo central. La gravedad del objeto masivo hace que el disco se balancee ligeramente, como una peonza que pierde el equilibrio.

En la teoría clásica, un agujero negro es un lugar donde la materia se comprime en un punto de densidad infinita. Esa "singularidad" parece un error en las ecuaciones: es poco probable que la naturaleza tolere infinitos.

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.

En el centro de un agujero negro, la teoría clásica dibuja un punto donde la densidad y la curvatura del espacio-tiempo se disparan al infinito, como una aguja infinitamente afilada.

En el océano, un remolino arrastra todo a un círculo cerrado; de igual manera, una onda gravitacional en el espacio vacío retuerce el tiempo en un bucle. La onda gravitacional es una ondulación en el tejido del cosmos, y su forma especial puede convertir el flujo normal de los acontecimientos en un ciclo cerrado.

Cuando un electrón y su antipartícula —el positrón, predicho por Dirac— se encuentran, forman fugazmente un positronio: un minúsculo par que orbita uno alrededor del otro, como en un átomo pero sin núcleo. Casi de inmediato se desintegra, emitiendo dos fotones que quedan misteriosamente vinculados.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo se expandió a una velocidad inimaginable. Esta expansión dejó tras de sí ondulaciones: diminutas sobredensidades en la radiación caliente y el plasma.

Un agujero de gusano es un túnel que conecta dos regiones distantes del universo. Si tal agujero existiera y fuera transitable, una partícula en su interior sentiría no solo la gravedad, sino también una fuerza debida a su propio campo eléctrico. Esta fuerza depende de cómo se curva el espacio-tiempo alrededor.

Las observaciones del James Webb mostraron que ya 500 millones de años después del Big Bang (con corrimientos al rojo z~10), en el universo brillaban agujeros negros con masas de miles de millones de soles.

En el centro de muchas galaxias se esconden gigantescos agujeros negros en rotación. Los astrofísicos sospechaban desde hace tiempo que estos objetos son sorprendentemente resistentes: tras engullir una estrella o fusionarse con otro agujero, se calman rápidamente y olvidan la catástrofe.

Dos imanes chocan en una habitación oscura, se pegan formando un bulto y se oye un golpe sordo. Más o menos así se comportan los agujeros negros, solo que en lugar de imanes tienen carga eléctrica y en lugar del golpe, una ráfaga de ondas gravitacionales.

La gravedad normal es como una goma blanda. Una estrella masiva, al morir, la hunde tanto que se forma un agujero negro — una trampa de la que no sale nada, ni siquiera la luz. El físico Roger Penrose sugirió que la naturaleza siempre esconde el núcleo en esta «censura cósmica».

En el interior de una estrella comprimida al límite, las partículas se comportan como las cuerdas de un instrumento musical inusual. Sus oscilaciones obedecen a una ecuación compleja que durante casi un siglo nadie pudo resolver con exactitud.

Un sistema cuántico se parece a una isla que el océano va erosionando poco a poco. Las olas son la influencia del entorno, y van borrando las costas, privando a la isla de sus contornos únicos. La ecuación GKLS (Gorini–Kossakowski–Lindblad–Sudarshan) describe precisamente la rapidez con la que desaparece esa «cuanticidad». Pero toda ola tiene una fuente de energía.

En el mismísimo comienzo del universo, cuando todo el espacio estaba comprimido en un punto, las leyes de la física dejan de funcionar. Ese punto se llama singularidad: un borde donde nuestras ecuaciones pierden sentido. Pero, ¿y si no fuera un final, sino un tipo especial de frontera? Los autores del trabajo propusieron ver la singularidad como una frontera libre.

Una estrella se contrae bajo su propia gravedad y, en cierto momento, su destino depende de un equilibrio delicadísimo.

Un agujero negro no es solo una mancha oscura en el espacio. Es una región donde la gravedad comprime la materia tan fuertemente que ni siquiera la luz puede escapar. Entre todos los agujeros negros posibles destaca uno: el agujero negro rotatorio de Kerr.

Lanzas piedrecitas a un remolino para hacerlo girar aún más rápido y poder ver el fondo. Un agujero negro es un remolino cósmico donde, en lugar de agua, hay espacio-tiempo curvado, y en lugar de fondo, una singularidad: un punto donde las leyes habituales de la física dejan de funcionar.

Solo unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang, en el océano invisible de la materia oscura ya se estaban formando gigantescos agujeros negros. Nacían de la materia misma, sin ayuda de estrellas. Este mecanismo, basado en las ecuaciones de Lemaître, explica su aparición temprana.

Cuando una estrella masiva agota su combustible, su núcleo colapsa bajo su propio peso. En su interior se forma un agujero negro: una región donde la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Durante mucho tiempo se pensó que en el mismo centro se escondía un punto de densidad infinita: la singularidad.

Un viejo despertador mecánico hace tictac en el estante. Escuchas el sonido rítmico, ves moverse las manecillas y estás seguro de que el tiempo avanza. Pero si desarmas el reloj, no encontrarás ninguna pieza etiquetada como «tiempo». Solo resortes y engranajes.

Un globo no se desinfla todo a la vez: primero aparecen abolladuras que corren, se fusionan y, al final, el globo se arruga hasta convertirse en un punto. Algo parecido ocurre con las paredes de dominio: delgadas fronteras que dividían el espacio en los primeros instantes después del Big Bang.

Un imán común siempre tiene dos polos: norte y sur. Si lo partes por la mitad, cada fragmento adquiere inmediatamente su propio par. Pero en lo profundo de la teoría de partículas habita una imagen extraña: el monopolo, una partícula que lleva una sola carga magnética, un polo solitario sin compañero.