Los agujeros negros, estas entidades cósmicas extremas, podrían contener las pistas faltantes para resolver uno de los mayores misterios de la física: la unificación entre la relatividad general y la mecánica cuántica.
(A la izquierda) el agujero negro relativamente tranquilo en el centro de la Vía Láctea
(A la derecha) el agujero negro supermasivo turbulento de M87
Crédito: EHT Collaboration
Desde hace más de un siglo, la relatividad general de Einstein describe brillantemente la gravitación a gran escala. Sin embargo, sigue siendo incompatible con la mecánica cuántica, que rige los fenómenos a escala de partículas. Este conflicto se vuelve inevitable cuando se intenta comprender lo que ocurre en el corazón de los agujeros negros, donde estos dos marcos teóricos deben coexistir.
Los agujeros negros, derivados directamente de las ecuaciones de Einstein, forman un laboratorio natural para probar los límites de nuestro conocimiento. Su centro alberga una singularidad, una zona de densidad infinita donde las leyes conocidas dejan de funcionar. Esta singularidad sugiere que la relatividad general está incompleta y que se necesita una teoría de la gravedad cuántica para avanzar.
Frente a esta problemática, el físico Xavier Calmet (Universidad de Sussex) y sus colegas han propuesto un nuevo enfoque. Al integrar correcciones cuánticas en las ecuaciones de Einstein, obtuvieron soluciones inéditas para describir los agujeros negros. Su método no se basa en una teoría completa, pero ofrece un primer paso concreto hacia una descripción cuantificada de la gravedad.
Estas soluciones predicen la existencia de agujeros negros ligeramente diferentes a los descritos por la relatividad general. Sin embargo, actualmente sigue siendo muy difícil distinguirlos con nuestros medios de observación, especialmente debido a su lejanía.
Sus trabajos, publicados en
A Letters Journal Exploring the Frontiers of Physics, abren una vía prometedora para conciliar los dos grandes pilares de la física moderna. Aunque los agujeros negros aún guardan sus secretos, podrían ser la puerta de entrada hacia una teoría unificada.
¿Qué es la gravedad cuántica?
La gravedad cuántica es una teoría en desarrollo que busca unificar la relatividad general y la mecánica cuántica. Cada una funciona en su ámbito, pero son incompatibles cuando se aplican juntas, por ejemplo, en regiones de gravedad extremadamente fuerte concentrada en un espacio minúsculo.
Las teorías candidatas son numerosas, como la teoría de cuerdas o la gravedad cuántica de bucles, pero ninguna ha podido ser verificada experimentalmente. El reto es comprender fenómenos extremos, como los que ocurren dentro de los agujeros negros o durante el Big Bang.
¿Por qué son tan importantes los agujeros negros para la gravedad cuántica?
Los agujeros negros son los únicos objetos conocidos donde los efectos relativistas y cuánticos se vuelven simultáneamente dominantes. Ofrecen un terreno único para probar hipótesis sobre la gravedad cuántica.
Su centro teórico —la singularidad— representa un fracaso de la relatividad. Integrar efectos cuánticos podría quizás evitar esta singularidad y ayudar a comprender mejor la estructura íntima del espacio-tiempo.
Gracias a instrumentos como el Event Horizon Telescope, ahora es posible observar efectos sutiles alrededor de los agujeros negros. Estos datos podrían algún día discriminar entre las predicciones de la relatividad clásica y las derivadas de una gravedad cuántica.
Fuente: A Letters Journal Exploring the Frontiers of Physics