Futuro cronológico para el punto pEl comportamiento de pequeñas perturbaciones de los campos gravitacionales y electromagnéticos dentro de un agujero negro es un tema de investigación de larga data en la Teoría general de la relatividad (GR). Necesitamos saber con mucha precisión cómo decaen estas perturbaciones para avanzar en nuestra comprensión de la naturaleza de la gravedad, desde la interpretación de los datos de las ondas gravitacionales registradas hasta las preguntas más fundamentales, como el carácter determinista de GR.
La aparición del
horizonte de Cauchy en aplicaciones astrofísicas de los cálculos de Einstein señala una posible violación del determinismo en el marco de GR. Como saben, el horizonte de Cauchy limita la "región de previsibilidad": más allá del horizonte de Cauchy, las predicciones inequívocas no son posibles en la teoría clásica ni en la teoría cuántica, ya que parte de la información necesaria proviene de otras áreas del espacio-tiempo que no se cruzan con la superficie de Cauchy parcial inicial.
En otras palabras, ya no podemos predecir el futuro del observador que cruza el horizonte de Cauchy en función de las condiciones iniciales antes de la intersección del horizonte y las ecuaciones de Einstein. Sin embargo, en el contexto del espacio-tiempo de un agujero negro (BH), uno puede esperar que las perturbaciones de la región externa se amplifiquen infinitamente, convirtiendo el horizonte de Cauchy desde adentro en una singularidad (límite final), más allá del cual las ecuaciones de campo ya no tienen sentido. Tal suposición se fundamenta en la hipótesis de Penrose sobre el
principio de "censura cósmica" .
Penrose formuló el principio de la siguiente manera: "La naturaleza abunda en singularidad desnuda". Esto significa que las singularidades del espacio-tiempo aparecen en lugares que, como las regiones internas de los agujeros negros, están ocultos para los observadores.
Un grupo de matemáticos de la Universidad de California en Berkeley, el Instituto Perimetral de Física Teórica (Canadá), el Instituto de Física Teórica y el Centro de Materia Extrema y Fenómenos Emergentes de la Universidad de Utrecht (Países Bajos) publicaron un
artículo científico que explica que el principio de "censura espacial" está directamente relacionado con qué fuerza el límite exterior del horizonte de Cauchy suprime las perturbaciones de los campos gravitacionales y electromagnéticos. Un análisis de la naturaleza de estas atenuaciones permite suponer lo que está sucediendo en el límite interior del horizonte de Cauchy, donde aparece la singularidad, y lo que esto significa para el viajero que llega allí.
Específicamente, los científicos han estudiado campos escalares sin masa fuera de los agujeros negros en el modelo Reisner-Nordström para el espacio de Sitter, es decir, para el modelo cosmológico relativista. La tasa de atenuación está determinada por los modos cuasinormales del agujero negro. Por supuesto, las mediciones de las características físicas más allá del horizonte de eventos se llevan a cabo mediante métodos puramente matemáticos: "Ningún físico puede entrar en un agujero negro y medirlo",
dice Peter Hinz de Berkeley, uno de los autores del trabajo científico. - Esta pregunta realmente puede estudiarse solo matemáticamente, pero tiene consecuencias físicas, casi filosóficas. Desde este punto de vista, las ecuaciones de Einstein se vuelven matemáticamente más interesantes ".
Los autores del trabajo científico identificaron
tres familias de modos en estos espacios-tiempos. Una familia está directamente relacionada con la esfera de fotones y está bien descrita. El segundo tipo de modo, con su existencia y línea de tiempo, está estrechamente relacionado con el horizonte de Sitter. Finalmente, la tercera familia domina los agujeros negros con carga casi extrema, y también está presente en versiones asintóticamente planas del espacio-tiempo.
Los autores dicen que las dos últimas variantes de los modos parecen haber pasado desapercibidas en la literatura existente sobre física de agujeros negros. Por lo tanto, en su trabajo, dieron una descripción detallada de las perturbaciones escalares de tales BH y corroboraron la hipótesis de que el principio de "censura cósmica" se viola en la variante BH con un cargo cercano al extremo.
¿Qué significa violar el principio de "censura cósmica" en estos agujeros negros? Esto significa que algunas singularidades pueden estar disponibles para el observador externo, aunque con extrañas consecuencias para él.
Según la simulación, al penetrar en un agujero negro tan teórico, el observador no dejará de existir, pero su pasado será borrado. Además, se abrirá ante él una cantidad potencialmente infinita de posibles opciones para el futuro, como el dueño de la Espada de las probabilidades de la novela de ciencia ficción "Scar" de China Mievilya.
El observador nunca podrá salir del agujero negro y contar su historia, pero no importa, porque ya no existirá nadie del pasado, así como tampoco habrá pasado.
El artículo científico fue
publicado el 17 de enero de 2018 en la revista
Physical Review Letters (doi: 10.1103 / PhysRevLett.120.031103,
pdf ).