¿Tienen una superficie? Después de todo, todos están acostumbrados a la idea de un agujero negro como una singularidad del evento oculto a nuestra vista por el horizonte. Sin embargo, al estudiar la termodinámica de los agujeros negros, los físicos han llegado a la conclusión de que no se comportan como objetos tridimensionales, sino bidimensionales. Por ejemplo, el número de componentes de un agujero negro como sistema termodinámico es proporcional al cuadrado del radio del horizonte de sucesos, y no a su cubo. Pero esta "pista transparente" generalmente se atribuye a problemas, tales como: ¿A dónde va la información que falló en el horizonte de eventos? Si una de las dos partículas cuánticas enredadas cruza el horizonte de sucesos, ¿con qué se enreda el resto?
Sin embargo, es posible demostrar que dicha superficie es bastante material, utilizando efectos bien conocidos de la teoría de la relatividad. Entonces, desde el punto de vista de un observador externo estacionario, ningún objeto que caiga en un agujero negro cruzará el horizonte de eventos, ya que a medida que se acerca, el tiempo en el marco de referencia asociado con el objeto se ralentizará en relación con el observador externo debido al hecho de que campo gravitacional cerca de cuerpos masivos, el tiempo, incluso para cuerpos inmóviles, fluye más lentamente que fuera del campo. La velocidad de dicho objeto en relación con el observador externo aumenta primero y luego disminuye. Al acercarse al horizonte de eventos, el tiempo para tal objeto casi se detendrá, por lo tanto, para superar el resto del camino desde el punto de vista de un observador externo, necesitará un período de tiempo infinitamente largo.
Por otro lado, en el marco de referencia asociado con el objeto que cae, todo sucederá muy rápidamente. Sin embargo, no será posible cruzar el horizonte de eventos en él, sino por una razón diferente. A medida que la velocidad del movimiento se acerca a la velocidad de la luz, se reducen las distancias en la dirección de desplazamiento. Por lo tanto, cuando se mueve a lo largo del radio, el horizonte de eventos de uno casi esférico se convertirá en un disco plano, y los eventos del movimiento del horizonte de eventos y el centro del agujero se volverán simultáneos. Por lo tanto, dicho objeto no puede estar entre el horizonte de eventos y el centro en ningún momento en el tiempo. Además, desde el punto de vista de este objeto, se acerca un agujero con una velocidad que tiende a la velocidad de la luz. Por lo tanto, su masa también debe tender al infinito. Esto lleva a un aumento en el radio del horizonte de eventos (radio del disco) y a "agravar" las soluciones de las ecuaciones de movimiento.
Para el aficionado, estos argumentos para los dos casos extremos son suficientes para comprender que si en cualquier marco de referencia externo nada puede estar dentro del horizonte de eventos, entonces no hay espacio y no puede haber masa. Sin embargo, demostrar con precisión esto no es nada fácil. El hecho es que la sustancia real, como regla, entra en un agujero real no en radio sino en espiral. Para un observador externo estacionario, este es otro mecanismo para desacelerar la caída, y en el marco de referencia conectado con la materia todo es muy complicado, porque Sería necesario demostrar que la longitud de la espiral no aumenta más rápido que la contracción relativista de su longitud. Además, esta espiral después del punto de intersección del horizonte de eventos aparece en un espacio inexistente más allá de la aplicación de ecuaciones de gravedad.
Pero antes de probar, necesitamos las ecuaciones correctas. Desde el punto de vista de un observador externo, un agujero y un objeto que caen en él son un sistema cerrado por el cual debe cumplirse la ley de conservación de la energía. Por lo tanto, la masa de este sistema en el marco de referencia externo debe permanecer constante durante la caída, y para esto la masa de cada cuerpo debe permanecer constante. Sin embargo, a medida que el objeto se acelera, su masa de acuerdo con la teoría especial de la relatividad debería aumentar. Por lo tanto, es necesario compensar este aumento por el hecho de que la energía potencial del objeto disminuye en la misma cantidad y, por lo tanto, la energía de masa total permanece constante. Entonces, la masa del objeto estacionario en el campo gravitacional debería disminuir a medida que se acerca al objeto masivo y en el límite del evento para el observador externo tiende a cero. Por lo tanto, no hay eventos masivos dentro del horizonte. La sustancia incidente retiene masa, pero no puede cruzar este horizonte, y la masa de la sustancia inamovible que queda de la supernova se restablecería a cero cuando se cruza. Resulta que no solo la luz, sino también la gravedad no pueden salir por el horizonte de eventos, lo cual es lógico, porque él (ondas gravitacionales) también se propaga a la velocidad de la luz.
La vida de un agujero negro es algo análoga a la de una estrella de tipo solar. Cuando una estrella así se queda sin hidrógeno, aumenta de tamaño (para el Sol, el radio máximo puede estar cerca de la órbita de la Tierra), descarga las capas de gas y luego se contrae en una enana blanca. Este aumento de tamaño con la disminución de la temperatura y, por lo tanto, las fuerzas que evitan que la estrella se comprima, a primera vista, parece poco natural. También parece poco natural que, a medida que aumenta el radio del horizonte de eventos, como una excavadora con un cuchillo, empuja la masa fuera del centro de la estrella, concentrándola frente a ella.
Las ecuaciones de la teoría general de la relatividad (GR) son la igualdad del tensor de Einstein, que es un operador diferencial de segundo grado desde el tensor de curvatura del espacio g, hasta el tensor de masa-energía multiplicado por una constante. En principio, nada impide sustituir las masas "correctas" en estas ecuaciones teniendo en cuenta la energía potencial (ver arriba) y los cambios en la dimensionalidad del espacio (ver abajo), pero la forma existente del tensor de masa-energía también provoca errores. Por ejemplo, al resolver ecuaciones en un sistema de coordenadas externo, sustituya la masa del sistema de coordenadas interno (local) (sin restar la energía potencial), la velocidad del externo y el voltaje (si se tienen en cuenta) nuevamente del interno. Además, para tener en cuenta correctamente la energía potencial, uno debe conocer la curvatura del espacio, es decir las correcciones a los componentes del tensor de masa-energía deberían depender del tensor de curvatura g, que viola la belleza de las ecuaciones: el espacio a la izquierda es materia a la derecha. Pero aquí no depende de la belleza, sería correcto.
El tensor de masa-energía se introdujo a partir de la condición de que, tras la transición a otros sistemas de referencia, se cumplan las leyes de conservación de energía, momento y momento angular. Estas leyes se siguen del teorema de Noether si hay grupos de simetría correspondientes en el espacio. Sin embargo, en el caso general de un espacio riemanniano curvo, estos grupos de simetría están ausentes. Por lo tanto, Einstein y Klausifilts intentaron demostrar que, dado que la restricción en forma de ecuaciones de la teoría general de la relatividad (GR) se impone al espacio, se realiza un caso especial de espacio curvo en el que estos grupos de simetría están presentes. Por lo tanto, intentaron probar la validez de las leyes de conservación utilizando ecuaciones derivadas de las mismas leyes. Pero incluso en esta prueba, como lo demostró Logunov en los años setenta del siglo XX, se cometió un error matemático.
El hecho de que no todo está en orden en las ecuaciones de la relatividad general se descubrió más de una vez. Como resultado, se crearon varias teorías alternativas de la gravedad, dentro de las cuales trataron de superar las deficiencias identificadas. Sin embargo, no obtuvieron una amplia distribución no solo por razones físicas, sino también por razones sociopsicológicas similares a aquellas por las cuales la capitalización de bitcoin supera la capitalización de la mayoría de las criptomonedas alternativas, aunque tecnológicamente son casi todas mejores que bitcoin. Si una persona se enfrenta a algo muy complejo, incomprensible y difícil de verificar, entonces, por regla general, no trata de superar esta dificultad, sino que sigue el camino trillado, confiando en las autoridades, e incluso dándose cuenta de que está equivocado, prefiere equivocarse junto con todos y antes Entonces, en la teoría de los agujeros negros, dominan aquellas ideas que se basan en la solución inicial de las ecuaciones de la relatividad general, a pesar de todos sus problemas y absurdos.
Desde un punto de vista físico, tres errores llevaron a estos problemas. Primero, la teoría de los agujeros negros surgió de la solución de Schwarzschild de las ecuaciones de la relatividad general para el campo creado por el punto material. Esta es la primera solución más demandada para estas ecuaciones, y antes del descubrimiento de las ondas gravitacionales, casi todas las confirmaciones experimentales de la relatividad general se referían a ella. Describe bien el campo gravitacional de las estrellas y el campo de los agujeros negros, con la excepción de la región cercana al horizonte de eventos. Sin embargo, esta es una solución para una masa concentrada en un punto. Este modelo abstracto inicialmente, antes de resolver, asume una singularidad, y resolver ecuaciones "confirma" la presencia de esta singularidad. El error es que inicialmente se supone que hay masa donde no puede estar.
En segundo lugar, la masa se sustituye en las ecuaciones sin tener en cuenta la energía potencial.
En tercer lugar, todo el espacio de un agujero negro, con la posible excepción de la singularidad misma, se considera inicialmente un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, es decir. No se considera el cambio en la dimensión del espacio.
¿De dónde vino la oportunidad de cambiar la dimensión? En el sistema de referencia asociado con un objeto que cae a lo largo del radio, el horizonte de eventos se convierte en un disco. Habiendo alcanzado su objeto, aparece en un espacio bidimensional, porque Todas las longitudes entre los objetos físicos en la dirección del movimiento tienden a cero. Por lo tanto, no puede volar fuera de este disco, incluso si no choca con la materia allí. Con esta transición, el eje espacial "desaparecido" se transforma en el eje de tiempo para que el espacio exterior pase a la materia en la superficie del agujero negro.
Es significativo que un cambio en la dimensión del espacio ocurra algo antes de que el objeto alcance el horizonte de eventos. Si tal transición ocurriera al alcanzar el horizonte mismo, entonces casi toda la masa del agujero negro se concentraría en el horizonte de eventos, pero la masa de sustancia inmóvil en el horizonte de eventos desde el punto de vista de un observador externo es cero, es decir. para un observador externo, tal agujero negro tendría casi cero masa. Esto es una consecuencia de la tendencia de la velocidad del objeto incidente a la velocidad de la luz. Sin embargo, de acuerdo con la doble teoría especial de la relatividad, debido a la viscosidad del vacío físico (interacción con partículas virtuales), el límite de velocidad para un objeto real es la segunda velocidad de la luz, que es ligeramente menor que la utilizada en las ecuaciones de la teoría de la relatividad y que corresponde al horizonte de eventos.
Por lo tanto, hay un mecanismo físico que "salva del infinito" debido a las fuerzas de viscosidad del vacío físico y una disminución en la dimensionalidad del espacio. Como resultado, la masa del agujero negro se concentra en su superficie, que se encuentra a una pequeña distancia fuera del horizonte de eventos. Esta distancia puede depender de la distribución de masas sobre la superficie, es decir. La superficie de un agujero negro puede tener un alivio que afecta la radiación de Hawking, que resuelve los problemas conocidos con la pérdida de información y el enredo cuántico y está de acuerdo con la termodinámica de los agujeros negros.
Tal modelo explica naturalmente la asimetría de la materia y la antimateria en la superficie de un agujero negro. Todo lo que cayó sobre esta superficie desde el exterior es una sustancia. Para él, el tiempo va en una dirección, correspondiente a la dirección del movimiento hacia el centro para un observador externo "tridimensional" (en adelante, la dimensión del espacio está indicada por el número de ejes espacialmente similares). Las antipartículas, que se sabe que se "mueven" en el tiempo en la dirección opuesta, pueden formarse en pequeñas cantidades en los procesos de interacción de esta sustancia bidimensional. En este caso, las antipartículas de energías suficientemente altas que pueden formarse, por ejemplo, durante el colapso de una sustancia bidimensional en un agujero negro con una superficie unidimensional, pueden escapar del espacio bidimensional al tridimensional circundante.
Para describir tal transición a un estado bidimensional en ecuaciones de relatividad general, las ecuaciones correspondientes al eje de tiempo del espacio circundante deben degenerar en la superficie del agujero negro, es decir. fila superior y columna izquierda de la ecuación tensorial. Para esto, los efectos de la doble teoría especial de la relatividad deben tenerse debidamente en cuenta en el tensor de masa-energía.
Dado que la transición de una sustancia de un estado tridimensional a un estado bidimensional en el razonamiento anterior se asocia con el logro de una velocidad cercana, pero inferior a la velocidad de la luz, y no con la curvatura del espacio, este fenómeno, en principio, también debería ocurrir durante la aceleración de la materia fuera de un agujero negro. Además, si las partículas elementales tienen una geometría interna, que se asume en la teoría de las supercuerdas y algunas otras teorías que reducen la física a la geometría, entonces las partículas con geometría tridimensional serán indistinguibles de las partículas con geometría bidimensional, que es una proyección de esta geometría tridimensional, en un plano perpendicular a la dirección del movimiento. Aquí estamos hablando de la geometría de la partícula en las dimensiones del espacio circundante, y la partícula misma puede tener dimensiones adicionales plegadas localmente. Se sabe que hay un nivel de energía en el que las interacciones electromagnéticas y débiles se combinan en una sola interacción de electrodébil, lo que lleva al hecho de que las partículas que difieren solo en la carga de interacción débil se vuelven indistinguibles. Es natural asumir la identidad de estas transiciones, es decir. que una disminución en la dimensión está asociada con la unión de interacciones. Luego, por analogía, se puede suponer que cuando se alcanza un nivel de energía aún más alto, en el que la interacción electrodébil se combina con la fuerte, las partículas se vuelven unidimensionales, y con la energía de gran unificación queda el único eje de tiempo, es decir. Todas las partículas sin dimensiones plegadas localmente se convierten en cuantos de tiempo. En este caso, las partículas con una dimensión más pequeña en el espacio con una dimensión más grande serán relativistas.
Ahora imagina esta situación. En el espacio cuatridimensional, en las primeras etapas de su evolución, la materia experimentó una disminución de la dimensión. Esto puede ser no solo al llegar a la superficie de un agujero negro tridimensional en un espacio externo de cuatro dimensiones, sino también, por ejemplo, cuando una sustancia es expulsada de un agujero blanco. Entonces también habrá un predominio de una sustancia sobre la antimateria, si antes de disminuir la dimensión esta sustancia se movía en una dirección. En este caso, las partículas tridimensionales se volverán relativistas en el espacio inicial de cuatro dimensiones. Sin embargo, uno con respecto al otro, pueden moverse a bajas velocidades, lo que les permitirá condensarse en materia bariónica, cuya evolución puede conducir a la aparición de físicos en esta sustancia.
Estos físicos supondrán naturalmente que están en un sistema de coordenadas fijo, y las partículas con geometría bidimensional y unidimensional se considerarán relativistas. Las partículas "inmóviles" (más precisamente, no relativistas) en el espacio tetradimensional original también serán relativistas para ellas, porque la proporción de tiempo en el espacio tetradimensional fluye más rápido que el tiempo en tres dimensiones en un gran número de veces, y por lo tanto incluso un componente de velocidad pequeño (para el observador "tetradimensional") Desde el punto de vista de los físicos ubicados en él, las partículas "inmóviles" en la proyección en el eje del espacio tridimensional se percibirán como la velocidad de la luz. Al mismo tiempo, encontrarán que estas partículas "estacionarias" no tienen antipartículas emparejadas, y todos los pares de partículas-antipartículas se aniquilan con la formación de precisamente estas partículas "fijas" (debido a la ley de conservación del momento en el espacio inicial de cuatro dimensiones). Además, descubrirán que la masa de partículas en la que están formados los físicos es el resultado de la ruptura de la simetría, para explicar a qué tendrán que llegar con el campo de Higgs. Después de todo, lo más probable es que no hayan presentado una explicación más simple de que esta es una masa ordinaria debido al movimiento de partículas relativistas en el espacio inicial de cuatro dimensiones, que también se conserva en el espacio tridimensional, pero parece una consecuencia de la ruptura de la simetría. ¿Esto te recuerda algo?