TRABAJO DE FÍSICA Introducción.

TRABAJO DE FÍSICA
Introducción.
La Física es una de las ciencias que más se ha desarrollado en los últimos tiempos, y ,debido a esto, un gran
número de científicos han investigado en diversos campos de esta materia, como la astronomía, un área muy
extensa, dentro de la cual se engloban temas que sorprenden cada día a gran variedad de eminente científicos
con su comportamiento. Uno de estos misteriosos temas es el que comprende los agujeros negros.
En este trabajo intentamos dar a conocer información acerca de las diversas teorías, más o menos aceptadas
por la comunidad científica acerca de estos fenómenos. Estas teorías ayudan a explicar muchos fenómenos del
cosmos, pero haría falta una biblioteca entera para poder tratar, con una decencia mínima, todos los temas
relacionados con las teorías acerca de distintos fenómenos del universo.
Los agujeros negros son singularidades que para los cálculos físicos y matemáticos tradicionales no tienen un
comportamiento predecible, únicamente la teoría de la relatividad se asemeja a dicho comportamiento. Son
lugares en el espacio cuya gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz, que posee la mayor velocidad del
universo, puede escapar de ella. Por decirlo de otro modo, un agujero negro es una región que tiene una
enorme cantidad de masa concentrada en un espacio muy reducido con respecto a ella, algo similar a que la
masa de una gigantesca montaña estuviese concentrada en un centímetro cúbico. Es interesante anotar, que
pueden haber más agujeros negros que estrellas visibles en nuestro universo. Los agujeros negros pudieron ser
formados por las irregularidades en la expansión de nuestro universo o por el colapso gravitacional de una
estrella.
Debido a las fascinantes propiedades de los agujeros negros, se han creado muchas teorías y
especulaciones sobre la posibilidad de viajar en el tiempo y el espacio a otro universo (una región del
espacio−tiempo diferente de la nuestra) a través de ellos... Esperemos que el tiempo resuelva el gran
misterio.
1−A. DEFINICIÓN.
Un agujero negro es un cuerpo celeste con un campo gravitatorio tan fuerte que ni siquiera la radiación
electromagnética puede escapar de su proximidad. Un campo de estas características puede corresponder a un
cuerpo de alta densidad con una masa relativamente pequeña (como la del Sol o menor) que está condensada
en un volumen mucho menor, o a un cuerpo de baja densidad con una masa muy grande, como una colección
de millones de estrellas en el centro de una galaxia.
Todo agujero negro está rodeado por una frontera llamada horizonte (depende de la masa del cuerpo), que es
la región de la que no se puede escapar, si algo permanece afuera del horizonte puede evitar ser absorbido. la
luz puede entrar a través del horizonte, pero no puede salir, por lo que parece ser completamente negro.
Además según la relatividad general, la gravitación modifica intensamente el espacio y el tiempo en las
proximidades de un agujero negro. Cuando un observador se acerca al horizonte desde el exterior, el tiempo
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se retrasa con relación al de observadores a distancia, deteniéndose completamente en el horizonte. En la parte
exterior del horizonte se forma una ergosfera, dentro de la cual la materia se ve obligada a girar con el agujero
negro. En principio, la energía sólo puede ser emitida por la ergosfera.
He aquí una representación esquemática de un agujero negro:
1−B. CRONOLOGÍA DE CONCEPTOS.
A lo largo de la historia se han desarrollando diferentes conceptos acerca de los agujeros negros que
han venido evolucionando, por lo tanto no se le pude adjudicar el mérito a una persona en especial
acerca dicho concepto. En 1783 John Michell escribió un artículo en el que decía que podían existir
estrellas lo suficientemente masivas y compactas para tener un campo gravitatorio tan fuerte que ni la
luz podría escapar. Pocos años después el científico marqués de Laplace incluyo esta idea en su libro
"El sistema del mundo", no obstante, y tal vez porque pensó que era una locura, no volvió a publicar
nunca documentación al respecto.
En 1916 el astrónomo alemán Karl Schwarzschild desarrolló el concepto de agujero negro basándose en la
teoría de la relatividad de Einstein, que posteriormente describe los agujeros negros sin carga y sin rotación.
Se definió el radio de Schwarzschild como el radio del horizonte de sucesos en el que la masa de un cuerpo
pude llegar a ser comprimida para formar un agujero negro; la masa de un cuerpo y su radio de Schwarzschild
son directamente proporcionales a uno otro: si un agujero negro pesa diez veces más que otro, su radio es diez
de veces más grande.
En 1963 Roy Kerr describió los agujeros negros en rotación. Los agujeros de "Kerr", rotan a una velocidad
constante, su tamaño y forma dependen de la masa y su velocidad de rotación. Si la rotación no es cero el
agujero negro se deforma hacia su "ecuador" ;a mayor velocidad, mayor deformación. Cualquier cuerpo en
rotación que formará un agujero negro acabaría llegando a un estado de estacionamiento. También en este año
Maarten Schmidt midió el corrimiento hacia el rojo de un objeto parecido a una estrella, y se pensó que
únicamente un colapso gravitatorio de una región central de una galaxia podría haber producido dicho
corrimiento de materia y energía. Sin embargo todos están demasiado lejanos y no es posible dar una
evidencia concluyente de que sea un agujero negro.
Desde 1965 a 1970, Stephen Hawking y Roger Penrose definen una agujero negro como el conjunto de
sucesos del cual nada es posible escapar a gran distancia. Demostraron que debe haber una singularidad de
densidad y curvatura del espacio−tiempo infinitas dentro de un agujero negro. Esta singularidad no tiene
predicción alguna. Penrose propone la hipótesis de la censura cósmica " ´Dios detesta una singularidad
desnuda´. En otras palabras, las singularidades producidas por un colapso gravitatorio sólo ocurren en sitios
como los agujeros negros, en donde están decentemente ocultas para no ser vistas de fuera".
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En 1967 Jocelyn Bell descubrió que objetos celestes emitían pulsos de ondas, y este descubrimiento fue
denominado "Little Green Men", ya que se pensó que se trataba de un contacto con una civilización
extraterrestre. Pero al estudiar dichas ondas se les dió el nombre de pulsars y se descubrió que se debían a
estrellas de neutrones en rotación: fue la primera evidencia de que las estrellas de neutrones existían. También
en 1967 el científico Werner Israel demostró, basándose en la Teoría de la Relatividad, que los agujeros
negros sin rotación eran perfectamente esféricos, su masa determinaba su tamaño, al ser así solamente se
podría haber formado a partir del colapso de un objeto perfectamente esférico, al no ser esférica el colapso
formaría una singularidad desnuda.
Roger Penrose y John Wheeler, determinaron que los movimientos en el colapso de una estrella desprenderían
ondas gravitatorias, y por esto se haría cada vez más esférica. Esto quiere decir que una estrella sin rotación
después de un colapso sería perfectamente esférica.
En 1969 el científico John Wheeler dio el termino de agujero negro como la descripción gráfica a una época
en que existían dos teorías de la luz: la crepuscular (la luz estaba compuesta por partículas) y la ondulatoria.
Hoy en día la luz es considerada como onda y como partícula.
En 1970 Brandon Carter probó que si un agujero negro que rotase de una manera estacionaria tuviera un eje
de simetría, su tamaño y su forma dependerían de la masa y la velocidad de rotación. Un año después Stephen
Hawking demostró que cualquier agujero negro rotando de manera estacionaria tendría un eje de simetría.
En 1973 David Robinson utilizó el resultado de Carter y Hawking para demostrar la hipótesis de Kerr.
Después del colapso el agujero negro tiende a un estado de rotación sin pulsaciones (aumento de tamaño).
Este resultado se dio a conocer con la frase: ´Un agujero negro no tiene pelo´. El teorema de la no existencia
de pelo, es de gran importancia práctica, porque restringe fuertemente los tipos posibles de agujeros negros."
Lo que dificulta el estudio de los agujeros negros es que en el momento del colapso gravitatorio se pierde gran
cantidad de información, pues todo lo que podemos medir tan solo es la masa del cuerpo y la velocidad de
rotación.
1−C. FORMACIÓN.
Para entender la formación de un agujero negro es esencial conocer el ciclo de formación de una estrella. Una
estrella se forma al concentrarse una gran cantidad de gas (hidrógeno primordialmente), debido a la gravedad
estas partículas empiezan a colapsar entre sí. Al contraerse los átomos empiezan a colidir, por lo que el gas se
calienta (tanto que tras un tiempo el hidrógeno se acaba convirtiendo en helio). Este calor hace que la estrella
brille y que la presión del gas sea suficiente para equilibrar la gravedad y pueda dejar de contraerse. Las
estrellas permanecerán estables de esta forma por un largo periodo. Paradójicamente, cuanto más combustible
tenga la estrella más rápido se consumirá debido a que es necesario producir más calor.
Subrahmanyan Chandrasekhar, calculó lo grande que podría llegar a ser una estrella que fuera capaz de
soportar su propia gravedad, antes de que se acabe su combustible. Descubrió una masa (aproximadamente
1,5 veces la masa del sol) en la que una estrella fría no podría soportar su gravedad (límite de Chandrasekhar).
A partir de aquí, surge la división entre distintos tipos de estrellas (o agujeros negros que lo han sido
anteriormente) con altas densidades y masas cercanas a estos límites.
−Enanas blancas.
Si una estrella posee una masa menor a la del límite de Chandrasekhar, puede estabilizarse y convertirse en
una enana blanca, con un radio de pocos kilómetros y una altísima densidad (toneladas por cm3). Una de las
primeras enanas blancas que se descubrió es la que está girando alrededor de Sirio. Estas estrellas se
mantienen por la repulsión de electrones.
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−Estrellas de neutrones.
Aunque también están dentro del límite de Chandrasekhar, son mucho más pequeñas que las enanas blancas.
Estas estrellas se mantienen por la repulsión entre neutrones y protones. Su densidad es de decenas de
millones de toneladas por cm3. Los pulsares son estrellas de neutrones en rotación. Los científicos estiman
que hay de cien millones a mil millones de estrellas de neutrones en nuestra Galaxia, pero solo unos diez mil
de estas pueden ser pulsares activos, las demás ya se `apagaron' y son, muy difíciles de detectar. De los
pulsares activos solo se han detectado un poco menos de un millar.
−Agujeros negros.
Robert Openheimer explicó en 1939, que sucedería si una estrella estuviera por fuera del límite de
Chandrasekhar. El campo gravitatorio de la estrella cambia los rayos de luz en el espacio−tiempo, ya que los
rayos de luz se inclinan ligeramente hacia dentro de la superficie de la estrella. Cada vez se hace más difícil
que la luz escape, y la luz se muestra más débil y roja para un observador. Cuando la estrella alcanza un radio
crítico el campo gravitatorio crece con una intensidad que la luz ya no puede escapar. Esta región es llamada
hoy un agujero negro. Si entendemos lo que significa la gravedad como 4ª dimensión y entendemos la
curvatura del universo un agujero negro sería un lugar en el cual la curvatura sería infinita. Esta es la
Velocidad mínima de escape para algunos cuerpos del sistema solar.
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La tierra
La luna
Marte
Venus
Mercurio
Sol
11.3 km/s.
2.37 km/s
5.071 km/s
10.145 km/s
4.324 km/s
616 km/s
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2−A. PREGUNTAS MÁS FRECUENTES.
Aquí incluimos respuestas a algunas de las preguntas que las personas realizan con más frecuencia acerca de
estas singularidades cósmicas.
−¿Que pasaría si alguien cayese en un agujero negro?
Supongamos que un astronauta se va acercando al agujero negro. Al principio, no sentiría ninguna fuerza
gravitacional y carecería de peso, sin embargo, a medida que se acerque al centro del agujero comenzará a
sentir fuerzas gravitacionales "de marea". Si imaginamos que los pies del astronauta están más cerca al centro
que la cabeza, entonces , como la atracción gravitatoria aumenta i cuanto más cerca se está del centro, los pies
sentirán una atracción mayor que la cabeza. Como consecuencia, el astronauta se estirará hasta que las fuerzas
"de marea" se hagan tan intensas que terminarán destrozándolo (efecto spaghetti).
¿Qué vería un observador desde fuera de un agujero negro si alguien cae en él?
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Lo que observaría un compañero del astronauta desde el exterior del agujero negro sería bastante diferente de
lo que se ve en su interior. A medida que el astronauta se va acercando al horizonte, el compañero lo ve
moverse más lentamente. No importa que tanto espere, nunca lo verá alcanzar el horizonte. Esto se debe a una
ilusión óptica, ya que realmente no le toma al astronauta una cantidad infinita de tiempo cruzar el horizonte.
Mientras se va acercando al horizonte la luz que emite el astronauta tarda cada vez más tiempo en llegar al
compañero, de hecho, la radiación emitida exactamente cuando se cruza el horizonte se mantendrá allí para
siempre dando la impresión de estar congelada.
−¿Puede un agujero negro absorber toda la materia del universo?
No. Un agujero negro tiene un "horizonte" que define una región de la cual nada puede escapar. Si algo o
alguien cruza el horizonte esta condenado a chocar con el agujero negro, pero, mientras esté fuera de él puede
evitar ser absorbido. De hecho, para la materia que está lo bastante alejada del horizonte, el campo
gravitacional alrededor de un agujero negro no es diferente del campo alrededor de cualquier otro objeto de la
misma masa.
−¿Como se detectan los agujeros negros? Conociendo la definición de un agujero negro, sabemos que nada
puede escapar de él, pero si ni siquiera la luz puede salir, ¿cómo podemos darnos cuenta de la existencia de
estas singularidades?.
John Michell describió que un agujero negro sigue ejerciendo una fuerza gravitaroria sobre todos los cuerpos
cercanos, aunque esten fuera de su horizonte. Cuando se observan sistemas en los que una estrella visible está
girando alrededor de un cuerpo oculto, se presenta una posibilidad para que el cuerpo oculto sea un agujero
negro...No obstante, puede tratarse de una estrella demasiado débil para ser vista. Por tanto, en lo que
verdaderamente radica la detección de un agujero negro, es en que éste cuerpo comienza a absorber la materia
de la estrella, (este proceso describe un desplazamiento de materia en forma de espiral) y adquiere una alta
temperatura, por lo que se emiten grandes cantidades de rayos X; con este comportamiento se puede concluir:
es una enana blanca, una estrella de neutrones o un agujero negro. Con la órbita de la estrella visible se puede
determinar la mínima masa del cuerpo invisible. Si esta masa sobrepasa el límite de Chandrasekhar es
demasiado grande para ser una estrella de neutrones o una enana blanca; por lo tanto, se dice que es un
agujero negro. Los agujeros negros que se formaron hace miles de millones de años, podrían ser detectados
únicamente con la atracción gravitatoria o la expansión del universo. Los agujero negros irradian como un
cuerpo caliente y entre más pequeños lo hacen más. "¡Los agujeros negros más pequeños podrían realmente
resultar más fáciles de detectar que los grandes!". La siguiente es una representación esquemática de la
absorción de la materia de la estrella por el agujero negro.
Una de las mayores evidencias de un agujero negro se encuentra en el sistema Cygnus X−1, este sistema esta
absorbiendo la materia de la estrella visible, emitiendo rayos X por su alta temperatura. Este sistema es
alrededor de unas seis veces la masa del sol, por tanto es demasiado grande para ser una enana blanca y tiene
una masa muy grande para ser una estrella de neutrones. Otras evidencias de agujeros negros se encuentran en
otras galaxias llamadas Nubes de Magallanes.
A pesar de la dificultad al descubrir los hoyos negros, se estima con certeza que muchas estrellas a través del
tiempo en el universo han perdido toda su energía y han tenido que colapsarse. Tal vez el número de agujeros
negros es más grande que el número de estrellas visibles (cien mil millones, únicamente en nuestra galaxia).
2−B. MITOS ACERCA DE AGUJEROS NEGROS.
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Por desgracia, existen numerosos mitos total o parcialmente falsos acerca de los agujeros negros. Incluimos
algunos de los más comunes para intentar colaborar a que desaparezcan.
−Un agujero negro en el espacio devoraría toda nuestra galaxia.
Hay tanto espacio entre las estrellas que un agujero negro únicamente afectaría los objetos que están muy
cerca de él.
−Todas las estrellas colapsan para convertirse en agujeros negros al morir.
Sólo estrellas masivas muy raras (¡una en millones!) terminan de esta manera.
El agujero negro en Cygnus X−1 está devorando a la supergigante azul.
Menos de un milésimo de la masa de la supergigante azul caerá al agujero negro antes de que ella también
muera, teniendo en cuenta que esto ocurrirá, si los cálculos no fallan dentro de, aproximadamente un millón
de años.
−La materia que cae a un agujero negro reaparece en alguna otra parte del universo.
La materia permanece en el agujero negro; de hecho,
es la materia en el agujero negro la que causa la fuerza gravitacional que nos permite descubrir estos objetos.
La gravedad de un agujero negro es diferente a la gravedad de un objeto normal.
Si el Sol se convirtiera repentinamente en un agujero negro (que no lo hará, dicho sea de paso, porque su
gravedad es demasiado débil para que colapse completamente sobre sí mismo) la Tierra y los planetas
continuarían moviéndose normalmente. Sin embargo, ¡ la Tierra habría perdido su fuente de luz y calor!
−Los agujeros negros son muy densos.
Los agujeros negros pequeños y medianos son muy densos, pero un agujero negro supermasivo con 100
millones de masas solares, por ejemplo, tendría la misma densidad que el agua. (Usted mismo puede calcular
esto a partir de la masa del agujero negro y el radio de su horizonte de eventos; se asume que toda la materia
esta distribuida dentro de todo el horizonte de eventos, no sólo en la singularidad.)
2−C. Agujeros negros: no son tan negros
Esta es la curiosidad de la que habla el título de la parte 2. En realidad, de este detalle parten muchas ramas y
teorías, y es esa razón la que nos ha llevado a poner en plural el título (curiosidades).
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El horizonte de sucesos esta formado por los caminos en el espacio−tiempo de los rayos de luz que no
alcanzan a escapar. Los rayos de luz que están en esta frontera se moverán eternamente, sin embargo no
podrían chocar entre sí por que los dos rayos de luz serían absorbidos por el agujero, así los "caminos
luminosos" se mueven en forma paralela, al nunca acercarse entre sí, el horizonte permanece constante o va
aumentando con el tiempo. Al caer materia dentro del agujero negro el área del horizonte de sucesos aumenta.
−De entropía a radiación. ¿Frontera desconocida?
El aumento del área también ocurre en caso de que dos agujeros se "fusionen" al chocar: el área del horizonte
de sucesos será mayor o igual a la suma de las dos áreas de cada agujero, nunca menor. También cuando se
fusionan se cumple la segunda ley de la Termodinámica: "En un proceso irreversible, la entropía del universo
aumenta, en cualquier proceso la entropía del universo nunca disminuye ". El desorden aumenta siempre. Sin
embargo está ley tiene una excepción de muchos millones frente a uno, en la que no se puede cumplir. Al
principio se pensó que un agujero era uno de esos pocos casos, puesto que al penetrar una sustancia con gran
entropía al agujero negro, afuera del agujero la entropía disminuiría afuera, mientras que adentro no la
podríamos medir, no cumpliéndose dicha ley.
Jacob Bekenstein, propuso que el horizonte de sucesos era una medida de entropía del agujero negro. Cuando
la materia cae, el área de sucesos aumenta y la suma de la entropía de la materia fuera del agujero y del área
del horizonte jamás disminuye.
Con el enunciado de Bekenstein evitaba que se violara la segunda ley, sin embargo hubo un error, no se tomó
en cuenta la temperatura. Si tuviera un agujero negro entropía, entonces también tendría una temperatura y si
la tiene tendría que irradiar partícula con regularidad. Pero en aquella época resultaba contradictorio con la
definición de agujero negro, pues según esta no podía emitir absolutamente nada. Parecía que la entropía y el
agujero negro no se podían asociar... pero aún quedaba (y queda) mucho por descubrir e investigar. Dudas
como esta jamás han impedido que la ciencia avanca: al contrario, han hecho aumentar el esfuerzo por
encontrar la verdad.
−Nueva dimensión de un agujero: radiación.
De acuerdo con el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica, los agujeros en rotación deben estar
emitiendo partículas. Sin embargo, Hawking descubrió que los agujeros negros sin rotación también deberían
emitir partículas a un ritmo estacionario. Así no se estaría violando la segunda ley de la termodinámica. La
nueva concepción de la singularidad es que debe emitir partículas y radiación tal como si fuera una partícula
con temperatura, en este caso cuanto menor sea la masa, mayor la temperatura, cuando un agujero negro
pierde masa, su energía es negativa, su temperatura y su velocidad de emisión aumentan; no está muy claro
que pasaría si sigue perdiendo masa, tal vez desaparecería en una explosión final de radiación equivalente a
millones de bombas de hidrógeno. Con esta concepción parecía que se rompiera la noción que del agujero
negro nada podría escapar, sin embargo, la teoría cuántica concluye que las partículas no provienen del
agujero negro sino del espacio "vacío" afuera del horizonte de sucesos. El valor de un campo y la velocidad en
el espacio "vacío " se rigen por el principio de incertidumbre, por tanto, con cuanta más precisión se conozca
una magnitud es más difícil conocer la otra, por lo que el espacio vacío no tiene valor cero.
Sería interesante aprovechar la potencia de un agujero negro primitivo emitiendo rayos X y gamma (agujeros
blancos incandescentes) emiten energía a un ritmo de 10.000 megavatios, podría hacer funcionar diez grandes
centrales eléctricas. Sin embargo, no sería en absoluto posible tener un agujero negro de tales características
sobre la superficie terrestre, ya que tendería a situarse en el centro de la tierra.
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−Radiación y horizonte de sucesos. La existencia de radiación en los agujeros negros parece implicar que el
colapso gravitatorio no es tan irreversible como se creyó en la primera concepción. La única característica que
se conserva de la radiación con respecto a la partícula que cae dentro, es la masa o energía, a excepción de un
agujero negro cuando su masa se hace muy pequeña. Si un astronauta cayera en el agujero negro su masa
aumentaría, con el tiempo la energía equivalente a la masa será devuelta al universo, en forma de radiación, el
astronauta sería "reciclado".
2.D. Hipótesis más conocidas.
La información que hasta ahora ha parecido en este trabajo es, cuanto menos, probable (partiendo de la base
de que en ciencia nada es seguro al 100%). No obstante, las teorías que aparecerán a continuación no pasan de
ser eso, meras hipótesis, aunque puede que con el tiempo se demuestren ( lo que en ciencia se traduciría como
que todas las pruebas científicas apunten a ello).
Los agujeros negros son un caso, (entre unos pocos en la historia de la ciencia), en el que la teoría se
desarrolla en gran detalle como un modelo matemático, antes de que haya alguna evidencia de que dichos
cálculos son correctos. (por ello decimos que no pasan de teorías) ¿Cómo creer en objetos cuya evidencia son
cálculos son basados en la teoría de la relatividad?. Un caso que vale la pena resaltar es la evidencia de que
existe un agujero negro con cien mil veces la masa del sol, en el centro de nuestra galaxia, cualquier estrella
que se acerque demasiado será despedazada, en este caso los restos y el gas de la estrella caerá en el agujero
negro, pero no se calentará tanto para emitir Rayos X sino ondas de radio y rayos infrarrojos que se observan
en el centro de nuestra galaxia.
−Viajes en el espacio−tiempo.
Un concepto tan extraño como el de agujero negro atrae, como es natural, los intereses y la creatividad de un
gran número de escritores de ciencia ficción. Un tema favorito es el uso de un agujero negro como una ruta a
otros lugares u otros tiempos en el universo. (es el ejemplo de Esfera, de Michael Crichton, un libro a partir
del cual se realizó posteriormente una película del mismo nombre) En el apartado 2−B hemos dicho que esto
era imposible, y de hecho es poco probable, pero hay una teoría científica apoyando esta teoría que debe ser
citada. De todos modos, la mayoría de científicos opinan que si realmente se produce un teleltransporte, será
sólo a través del espacio, ya que si los viajes en el tiempo fuesen posibles se producirían paradojas temporales
(el caso más típico es el del gombre que mata a su recién nacido abuelo en el pasado... Esto provoca que el
citado hombre jamás nazca, por lo que no puede viajar al pasado y matar a su abuelo, lo que hace que él si
nazca, viaje al pasado y mate a su abuelo...). No tiene sentido que en las leyes universales fuese posible algo
que provocase, directa o indirectamente un imposible... Y es absurdo decir que hay ciertas limitaciones en los
actos que se realizan en otros tiempos, (ya que cualquier pequeña alteración en el pasado puede hacer varíar
drásticamente presente y futuro), o afirmar que no se puede cambiar el presente (predestinación), y que
nuestro mundo ya ha sido alterado por cosas que haremos nosotros viajando al pasado, puesto que el mero
conocimiento de las consecuencias que tuvieron actos del pasado provocaría que nadie los realizase en el caso
de trasladarse a una época anterior.
Matemáticamente, un par de agujeros negros podrían formar un "puente" entre dos lugares en el universo,
pero no está claro cómo dicho puente podría formarse o sobrevivir. Un agujero negro, como el que se forma
con los despojos de una estrella, sería más bien inconveniente para viajes espaciales, porque la materia que
cayera en él sería aplastada e incinerada por fuerzas de marea conforme entrara en el agujero. Un agujero
negro supermasivo tendría fuerzas de marea menos extremas, pero se piensa que el más cercano está en el
centro de nuestra galaxia. Un agujero negro que rota tiene posibilidades más interesantes, porque en él existe
una región llamada la ergósfera, justo afuera del horizonte de sucesos, que tiene la siguiente propiedad −− los
objetos pueden entrar y salir de la ergósfera (si soportan las fuerzas de marea). Una nave espacial llena de
basura podría entrar en la esgósfera, botar su carga dentro del agujero negro, y salir con más energía que la
que tenía al entrar , ¡resolviendo la crisis de energía y el problema de contaminación simultáneamente (al
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menos en teoría).
*Agujeros blancos. Las ecuaciones de la relatividad general tienen una propiedad interesante: son simétricas
en el tiempo, lo que se significa que se puede tomar una solución a las ecuaciones y pensar que el tiempo va
hacia atrás y sin embargo las soluciones siguen siendo válidas. Si se aplica esta propiedad a la solución de las
ecuaciones que describen los agujeros negros, resultará un objeto llamado agujero blanco. Puesto que un
agujero negro es una región del espacio de la cual nada puede escapar, la versión del tiempo invertido de un
agujero negro es una región del espacio en la que nada puede caer. Tal como un agujero negro sólo puede
absorber cosas un agujero negro sólo puede expulsar cosas.
Aunque los agujeros blancos son una solución matemáticamente válidas a las ecuaciones de la relatividad
general, eso no significa que realmente existan, pues seguramente no hay forma de producir uno. Crear un
agujero blanco es imposible como destruir un agujero negro, puesto que los dos procesos son inversos en el
tiempo.
*Agujeros de gusano
Si se consideran agujeros negros que giran o tienen carga eléctrica, es posible caer en uno de ellos y no chocar
con él, ya que el interior de éste tipo de agujeros negros puede estar unido con un agujero blanco, formando
un camino en el que algo cae en el agujero negro y sale en el agujero blanco. Esta combinación de agujeros
negros y blancos es llamada agujeros de gusano, que son túneles en el espacio−tiempo. Es decir, el agujero
blanco puede estar en un lugar muy lejos del agujero negro, incluso podría estar en un "Universo Diferente"
(región de espacio−tiempo que está completamente desconectada de nuestra propia región). Un agujero de
gusano convenientemente situado proveería una vía rápida y útil para viajar enormes distancias, o para viajar
a otro Universo. Algunos científicos apuntan a que la salida de agujeros de gusano esté en el pasado, de
manera que se podría viajar de regreso en el tiempo a través de ellos, pero la teoría expuesta en las páginas
26−27 convierte esto en algo improbable o imposible. Además, si por ejemplo hablásemos con nosotros
mismos en el pasado, y suponiendo que no recordásemos esa conversación, ya que el simple hecho de hacerlo
podría hacer que no nos visitásemos para ver que ocurre (con lo que, por cierto, ese recuerdo dejaría de existir,
y se crearía otra paradoja temporal)... ¿Quien controlaría los actos de ese niño?. ¿Nuestro subconsciente?.
Científicamente no tiene sentido.
Dejando a un lado todo esto, lo más probable es que los agujeros de gusano no existan, ya que, como se había
mencionado antes, sólo por el hecho de que los agujeros blancos sean una solución válida a unas ecuaciones,
no significa que se encuentren en la naturaleza. Pero, aun si los agujeros de gusano estuvieran formados, se
considera que no serían estables, y la más mínima perturbación causaría su colapso. Y aún más, aunque los
agujeros de gusanos existan y sean estables, sería bastante desagradable viajar a través de ellos, porque los
rayos X y gama destruirían al que pasara.
−Teorías sobre viajes en el espacio−tiempo utilizando agujeros negros
El astrónomo inglés Ian Crawford asegura que el hombre podría atravesar agujeros negros y llegar en
instantes a puntos remotísimos del cosmos sin ser desintegrado por las enormes fuerzas gravitatorias.
La Real Sociedad Astronómica Británica anunció que publicará un documento de Ian Crawford (astrónomo
de la Universidad de Londres), donde se describe como los humanos podrían viajar por el espacio a
velocidades superiores a la de la luz. De esta manera, se superaría una limitación hasta ahora fuertemente
aceptada, marcada por la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein...
"Las pruebas son complejas y matemáticas", pero "en teoría es posible", dijo Crawford en declaraciones
recientes al diario británico Sunday Time. La validez de sus hipótesis fue certificada en alguna medida al
superar la rigurosa censura de quienes deciden cuales son los artículos publicables en una revista científica de
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prestigio. La idea básica, si bien no es una novedad, es digna de la ciencia ficción: penetrar en un "agujero
negro" y aparecer en otro punto del universo, quizás a miles de años luz, saltando en un instante una distancia
prácticamente inimaginable.
De acuerdo con comentarios formulados a la prensa por un portavoz de la organización científica que respalda
el trabajo, Crawford habría descubierto propiedades teóricas de los agujeros negros que permitirían a los
hipotéticos viajeros atravesarlos sin ser destruidos por las poderosas fuerzas gravitatorias en juego.
El informe prometido se llama "Algunas reflexiones sobre las implicaciones de viajar más velozmente que la
luz". Teóricamente, esa posibilidad abriría camino a contactos con civilizaciones remotas, cuya existencia es
muy probable en la inmensidad del universo. Acortados los viajes espaciales por la velocidad de la luz, la
longitud de la vida humana es una limitación fundamental: si una estrella con un planeta habitado se encuentra
a 30 o 40 mil años luz, relativamente cerca en términos cosmológicos, para visitarla harían falta por lo menos
30 o 40 mil años viajando casi a la velocidad de la luz (en principio, teóricamente inalcanzable).
Hasta ahora la hipótesis de los científicos es que los poderosos campos gravitatorios en los agujeros negros
desintegrarían a los astronautas que se atrevieran a visitarlos. Crawford contradice a sus colegas sosteniendo
que los viajeros podrían ser "manipulados" para evitar tragedias.
−Si el sol se transformase en un agujero negro...
Ante todo, el sol no tiene la posibilidad de hacer tal cosa. Sólo las estrellas que con considerablemente más
pesadas que el sol terminan sus vidas como agujeros negros. El sol va a permanecer de la misma forma en que
está aproximadamente por cinco mil millones de años o más.
Pero si por alguna razón hipotética el sol se convirtiera en un agujero negro, el principal efecto es que se
alrededor del sol todo se pondría muy oscuro y muy frío. La Tierra y los otros planetas no sería absorbidos por
el agujero negro; ellos describirían las mismas órbitas que siguen actualmente.¿ Por qué? Porque el horizonte
de este agujero negro sería muy pequeño (aproximadamente 3 km.) y de acuerdo a lo dicho anteriormente,
siempre que se permanezca lo bastante alejado del horizonte la gravedad de un agujero negro no es más fuerte
que la de cualquier objeto de la misma masa.
−Agujeros negros no puntuales.
En la formación de los agujeros negros se habla de que una estrella podría contraerse hasta ser un simple
punto. Esto representaba una singularidad tanto de densidad como de curvatura del espacio (densidad y
curvatura infinitas), además de tiempos imaginarios en su interior. Sin embargo puede existir algo que podría
detener este colapso final hacia un punto y esto es la detención del tiempo.
Estos problemas de singularidad se pueden evitar basándonos en la idea de que en el horizonte de sucesos el
tiempo se detiene (según la teoría de la relatividad general de Einstein, una de cuyas consecuencias es que el
transcurrir del tiempo depende de la intensidad del campo gravitatorio y de la distancia al centro de ese
campo).
Supongamos un astro cuya distribución de densidades interiores sea tal que la situación que caracteriza a un
horizonte de sucesos se dé en todo el volumen del astro. En este caso el tiempo estaría detenido en todo el
volumen de astro (el horizonte de sucesos sería una esfera, no una superficie esférica) y por lo tanto el colapso
a partir de este punto no ocurriría Así una estrella en la que se colapsan sus neutrones, al alcanzar una
distribución de densidades igual se detendría el colapso al detenerse el tiempo.
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−Mini Agujeros Negros
Un agujero negro con masa menor de tres masas solares no se formaría solo; su gravedad es demasiado débil
para causar el colapso sobre sí mismo. Una enorme presión externa se necesitaría para formarlo. En 1971, el
astrofísico Stephen Hawking teorizó que, en la densa turbulencia de la gran explosión de la que surgió el
universo, esas enormes presiones externas existieron y formaron muchos mini−agujeros negros. Estos serían
tan masivos como una montaña, pero tan pequeños como los protones de los que los átomos están hechos y
tendrían otra propiedad extraña como resultado de las leyes de la mecánica cuántica que gobiernan las
partículas muy pequeñas en el universo, radiarían energía espontáneamente y, después de miles de millones de
años, eventualmente se evaporarían en una violenta explosión final. Por tanto, los mini−agujeros negros
pueden no ser "negros" del todo una posibilidad intrigante.
John Wheeler calculó que si se tomara toda el agua pesada de todos los océanos del planeta, se podría
construir una bomba de hidrógeno que comprimiría tanto la materia en el centro que se formaría un agujero
negro.
Radio De Schwarzschild Para Algunos Objetos Astronómicos
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Objeto
Tierra
Sol
Enana Blanca
Estrella de
Neutrones
Núcleo de una
Galaxia
Masa del Objeto
(Masas Solares)
0,00000304
1,0
0,8
Radio
(Km)
6.357
696.000
10.000
Velocidad de Escape
(Km/seg)
11,3
617
5.000
Radio de
Schwarzschild
9,0 mm
2,95 Km
2,4 Km
2
8
250.000
5,9 Km
50.000.000
?
?
147.500.000 Km
Conclusión final.
Aunque, por ahora, ni siquiera la existencia de estos agujeros esté totalmente probada, cada vez más estudios
indican que son totalmente reales... y a la vez esclarecen su naturaleza... No obstante, lo único que hoy por
hoy es aceptado por prácticamente todos los científicos conocidos mundialmente, es la definición de esta
extraña singularidad... Pero más allá del horizonte de sucesos, en la zona de la que la luz no puede escapar...
tampoco el conocimiento puede hacerlo. La Luna, Marte, y los astros más cercanos a este planeta han servido
de excusa a grandes novelistas para narrar historias fantásticas. Ahora le toca el turno a planetas mucho más
lejanos... y a agujeros negros. Quizá algún día la humanidad llegue a saber que ocurre realmente ahí dentro,
que hay en el centro de cada enorme agujero... Pero mientras tanto, dejemos que la imaginación vuele, y
soñemos con viajes a universos paralelos...o a otros puntos del espacio (claro que desde aquí no se divisa
ningún agujero blanco, al menos eso parece) . Con respecto al tiempo, es mejor dejarlo de un lado. Pensar en
algo así demasiado tiempo puede hacer que acabemos volviéndonos locos. (¿Que pasaría si fecundase a mi
madre...?) Por cierto, Einstein dijo una vez: `La prueba de que no se puede viajar en el tiempo es que no hay
nadie de allí visitándonos´... Es cierto, alguien tendría que acabar por mostrarse. Y ese acabar no significa que
no tuviera que haber sucedido ya., pues se supone que ellos pueden viajar a cualquier momento de la historia,
Al fin y al cabo, siempre habría alguien a quien le apetecería mostrarse al mundo en el año en que se publicó
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su novela favorita.
Bibliografía.
−World Wide Web.
−Enciclopedia Larouse.
−Revistas científicas diversas (QUO, Muy Interesante...).
−Enciclopedia virtual Encarta.
−Diccionario científico Larouse.
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