En algún lugar de un universo alternativo, basado en
MWI , me convertí en un genio de la física. Pero en nuestro Universo, acabo de leer publicaciones profesionales en física, tratando de mantenerme al día, mientras trabajaba
como repartidor de pizza como DBA. Debido a un conocimiento un poco más profundo del tema, es casi imposible para mí ver el canal Discovery y otros programas de televisión populares y los videos de YouTube. No veo más que simplificaciones excesivas, mentiras y medias verdades, y no puedo disfrutar de los espectáculos.
Decidí compilar una lista de los conceptos erróneos más populares. Y el ganador es ..., o por supuesto, este:
El big bang
Por lo general, se representa así:
Esa imagen suele ir seguida de una frase: "cuando el universo tenía el tamaño de un átomo ..." Aquí falta una palabra muy importante: "cuando el universo
visible era el tamaño de un átomo". Universo visible es un área que puede ser (medio) cruzada por la luz desde el momento t = 0. En otras palabras, es una esfera, con los límites, expandiéndose a la velocidad de la luz (en realidad, incluso más rápido). Por supuesto, hay infinitas esferas de este tipo con diferentes centros.
Aún más, si un Universo es espacialmente infinito ahora, fue espacialmente infinito desde el principio (pero hay algunas letras pequeñas aquí). Infinito y homogéneo. Y esa imagen (y, por supuesto, videos con la explosión) no tiene nada que ver con el Big Bang. No tiene sentido, donde ocurrió la explosión, arrojando el material al vacío circundante. Cuanto más nos adentramos en el pasado, más cerca del Big Bang, más homogéneo era el Universo en ese momento.
Y, por cierto, la teoría del Big Bang
NO es una teoría sobre el Big Bang (t = 0). Es una teoría sobre lo que sucedió
después del Big Bang (t> 0). Esa teoría no responde la pregunta sobre el origen de la misma. E incluso el nombre, el "Big Bang"
originalmente tenía la intención de que esto fuera peyorativo , pero el nombre fue acuñado tan bien que ahora todos nos acostumbramos.
Agujeros negros
Esta es, probablemente, la principal fuente de los conceptos erróneos. Comencemos con la película "interestelar":
Entonces, con una dilatación tan extrema del tiempo, un planeta debería rondar aproximadamente el 0.003% del radio de Schwarzschild. Y en función de cómo observamos el agujero negro:
El planeta está al menos a 10Rs del horizonte de eventos. Ni siquiera hablemos del hecho de que ese planeta definitivamente es el peor candidato posible para un planeta amigable con la vida por múltiples razones obvias. Por supuesto, es una película y al verla hacemos una "suspensión de la incredulidad" como lo hacemos al ver La Guerra de las Galaxias. No juzgamos a Star Wars por el sonido de explosiones en el vacío. Pero la Guerra de las Galaxias nunca había pretendido ser científicamente precisa, mientras que el equipo "interestelar" hizo afirmaciones audaces de que el escenario había sido verificado y aprobado por los científicos.
Y para cerrar el caso del "interestelar", basado en nuestros modelos actuales de los agujeros negros, no hay una biblioteca dentro de ellos.
La dilatación del tiempo dentro de los agujeros negros es infinita
Este es un caso interesante de media verdad seguido de conclusiones incorrectas. Todo comienza con una afirmación correcta de que cuando un observador flotante se acerca al horizonte de eventos, la dilatación del tiempo llega al infinito. Esto es verdad Sin embargo, las siguientes conclusiones son incorrectas:
- Para un observador que cae en un agujero negro, la dilatación del tiempo es infinita.
- Por lo tanto, vería el futuro lejano del Universo externo, y el mundo exterior se vería acelerado para él.
- Los observadores que caen están "congelados" cerca del horizonte, porque el tiempo también está congelado para ellos debido a la dilatación extrema del tiempo
- Uno puede saltar a un agujero negro para llegar a estos observadores "congelados", sin importar cuánto tiempo haya pasado
- Aún más, los observadores que caen nunca cruzarían el horizonte de eventos, ya que tomaría un tiempo infinito
- Aún más, como nada puede caer en un agujero negro, podemos concluir que los agujeros negros no se pueden formar en absoluto: se necesita un tiempo infinito para que la materia colapse.
Todas estas conclusiones se derivan de la primera en esa lista, que es incorrecta. Sin embargo, intuitivamente suena tan obvio que a principios del siglo XX confundió a muchos científicos. Entonces, tenemos una secuencia de puntos que se ciernen cada vez más cerca del horizonte, y la dilatación del tiempo llega al infinito cuando nos acercamos, y como cuando caes en un agujero negro tu trayectoria cruza todos estos puntos, tu dilatación del tiempo también va a infinito! Correcto? No
La dilatación del tiempo es una propiedad de una
trayectoria , no un
punto en el espacio . Entonces, lo que es cierto para un observador flotante (con una línea mundial paralela al horizonte) no lo es para un observador que cae. Incluso el propio Einstein no pudo encontrar una solución completa de las ecuaciones de la relatividad general que cubrieran no solo el volumen fuera del horizonte, sino también el interior debido a los infinitos en el horizonte. El progreso se realizó con un truco matemático para cambiar a diferentes coordenadas. Intuitivamente se basó en la idea de usar una "lluvia", cayendo libremente en un agujero negro. Hay muchos sistemas de coordenadas que evitan el problema con el infinito en el horizonte.
Aún más, según el análisis, quedó claro lo que ahora se llama un "No Drama": para un observador que cae libremente, nada especial sucede en el horizonte de eventos, sin música perturbadora, sin destellos verdes, sin chispas del equipo.
Para obtener más detalles sobre estos sistemas de coordenadas, puede comenzar desde las
coordenadas Eddington - Finkelstein
Ese sistema de coordenadas es útil porque puede responder la mayoría de las preguntas literalmente simplemente dibujando algunas líneas en ese diagrama y moviendo el dedo sobre él. Volver a nuestra lista de ideas falsas:
- El observador que cae libremente alcanza el horizonte de sucesos, y luego la singularidad central muy rápidamente (está cayendo casi a la velocidad de la luz). Si, cerca del horizonte de sucesos (pero aún por encima de él) cambia de opinión y pone los motores en marcha atrás
, se vería estrellado por una enorme gravedad , le tomaría mucho tiempo regresar y, en su camino de regreso, se acumularía gran dilatación del tiempo. - Cuando el observador que cae libremente mira hacia atrás al Universo que dejó, para él se ralentiza y el espectro de luz se desplaza hacia el rojo. El mundo exterior todavía es visible, incluso él está en el fondo del agujero negro, pero la vista se ve en un ángulo pequeño.
- "Congelar en el horizonte" no es más que un efecto óptico
- Uno puede tratar de alcanzar una nave espacial suicida, decidió sumergirse en el agujero negro hace mucho tiempo, pero cuando se acerca al horizonte, la primera nave se "descongela" y no la encuentra cerca del horizonte. Si le pregunta a un observador que se encuentra cerca del horizonte, se le informa (de una manera muy dilatada) que la primera nave espacial había cruzado el horizonte "hace mucho tiempo", si el observador que se desplaza es consciente de su propia dilatación del tiempo. Según su propio reloj, ese intervalo de tiempo podría ser bastante corto.
- Se necesita un tiempo infinito para que se forme un agujero negro; tampoco tiene ningún sentido.
Las fuerzas de marea destrozan todo cerca de un agujero negro
Según los cálculos (todavía necesitamos voluntarios para probar el módulo de Young de un cuerpo humano), el cuerpo humano se desgarra una fracción de segundo antes de alcanzar una singularidad. En términos de espacio, ocurre a pocos miles de kilómetros de la singularidad. Para un agujero negro de tamaño estelar (20-30 km), el astronauta pobre se desgarra muy por encima del horizonte de eventos.
Por otro lado, hay
agujeros negros supermasivos , miles de millones de masas solares en peso, con un radio del tamaño de la órbita de Urano. En tales agujeros negros tienes horas desde el momento en que cruzas el horizonte de eventos hasta el momento en que mueres. De hecho, puedes caer en esos agujeros negros incluso sin darte cuenta.
Para obtener un agujero negro, debe exprimir una materia a una densidad extrema
De nuevo, puede ser cierto, pero solo para agujeros negros de tamaño estelar pequeño. El radio del horizonte de eventos es proporcional a la masa de un cuerpo. Y esto es bastante sorprendente, porque uno podría esperar algo diferente: para el cuerpo con densidad constante, la masa es proporcional al cubo de radio.
El radio gravitacional de nuestra Tierra es inferior a 1 centímetro. Si aumentamos el radio de la Tierra en un factor de 10 (manteniendo la densidad igual), tal super-tierra sería 1000 veces más pesada. El radio gravitacional crecería en 1000, y el volumen interior aumentaría en mil millones (!!!) veces. Ahora debe poner 1000 veces más materia en un volumen 1000,000,000 más grande, por lo que debemos comprimirlo 1 millón de veces menos.
Por lo tanto, al aumentar la escala de cualquier cuerpo, siempre llegamos a un punto en el que el radio gravitacional alcanza al real. Por lo tanto, podemos hacer un agujero negro de
cualquier material sin siquiera comprimirlo: agua, gas o incluso gas interestelar que llena el Universo. Con una densidad promedio de nuestro Universo, el radio gravitacional es de aproximadamente 10 mil millones de años luz.
Esta es una razón, por cierto, por la que no son posibles soluciones estáticas del Universo en Relatividad General: cualquier Universo estático, que sea lo suficientemente grande, se convertiría en un agujero negro. Pero no es el caso de nuestro Universo, ya que se está expandiendo, y el impulso cuenta en la Relatividad General.
Continuará ...