Cada agujero negro contiene un nuevo universo

Nuestro universo podría estar existiendo dentro de un agujero negro. Esto puede sonar extraño, pero en realidad podría ser la mejor explicación de cómo empezó el universo, y lo que observamos hoy en día. Es una teoría que ha sido explorada en las últimas décadas por un pequeño grupo de físicos.

Pese a lo exitoso de la idea, hay notables cuestiones sin resolver con la teoría estándar del Big Bang, que sugiere que el universo comenzó como una aparentemente imposible “singularidad”; un punto infinitamente pequeño que contenía una concentración infinitamente alta de materia, que fue aumentando de tamaño hasta lo que observamos hoy en día. La teoría de la inflación, un incremento super-rápido del espacio propuesta en las últimas décadas, rellena muchos detalles importantes, como por qué hay bultos leves en la concentración de materia en el universo temprano se fusionaron en grandes cuerpos celestes, como galaxias y cúmulos de galaxias.

Sin embargo, estas teorías dejan preguntas importantes sin resolver. Por ejemplo, ¿qué inició el Big Bang? ¿Qué causó la inflación hasta el final? ¿Cuál es el origen de la misteriosa energía oscura que está causando al parecer, la aceleración en la expansión del universo?

La idea de que nuestro universo está totalmente contenido dentro de un agujero negro proporciona respuestas a estos problemas y a muchos más. Elimina la noción de singularidades físicamente imposibles en nuestro universo. Y se basa en dos teorías centrales de la física. La primera es la relatividad general, la moderna teoría de la gravedad. En ella se describe el universo en escalas grandes. Cualquier evento en el universo se presenta como un punto en el espacio y el tiempo o el espacio-tiempo. Un objeto masivo como el Sol distorsiona o “curva” ese espacio-tiempo, como una bola de bolos descansando sobre un lienzo. Esta curvatura gravitacional altera el movimiento de la Tierra y otros planetas que orbitan alrededor del Sol. La atracción del Sol hacia los planetas se nos muestra como la fuerza de gravedad.

La segunda teoría en la que se basa es la mecánica cuántica, que describe el universo a escalas muy pequeñas, tales como a nivel del átomo. Sin embargo, la mecánica cuántica y la relatividad general son en la actualidad teorías separadas, los físicos han estado tratando de combinar las dos con éxito en una sola teoría de “gravedad cuántica” para describir adecuadamente los fenómenos importantes, como el comportamiento de las partículas subatómicas en agujeros negros.

Una adaptación de 1960 de la relatividad general, llama la teoría de la gravedad Einstein-Cartan-Kibble-Sciama, tiene en cuenta los efectos de la mecánica cuántica. No sólo proporciona un paso más hacia una gravedad cuántica, sino que también conduce a una visión alternativa del universo. Esta variación de la relatividad general incorpora una importante propiedad cuántica conocida como espín. Las partículas como átomos y electrones poseen espín, o momento angular interno que sería análogo a un patinador girando sobre hielo.

En esta imagen, las partículas giran interactuando con el espacio-tiempo y dotándolo de una propiedad llamada “torsión”. Para comprender la torsión, debemos imaginar el espacio-tiempo no como una tela de dos dimensiones, sino como un flexible varilla unidimensional. Doblar la varilla corresponde a una curva en el espacio-tiempo, y girándola,  obtenemos la torsión del espacio-tiempo. Si la vara es delgada, se puede doblar, pero es difícil ver si está o no torcida.

La torsión del espacio-tiempo sólo sería significativa, y mucho menos notable, en el universo temprano o en los agujeros negros. En estos ambientes extremos, la torsión del espacio-tiempo se manifestaría como una fuerza repulsiva que contrarresta la fuerza de la gravedad atractiva que proviene de la curvatura del espacio-tiempo. Al igual que en la versión estándar de la relatividad general, las estrellas muy masivas terminan colapsando en agujeros negros: las regiones del espacio donde nada, ni siquiera la luz puede escapar.

Así es como la torsión actuaría en los primeros momentos de nuestro universo dentro de un agujero negro. Inicialmente, la atracción gravitacional entre las partículas que superen las fuerzas repulsivas de torsión,  sirven para cerrar la materia en una pequeña región del espacio. Pero con el tiempo se convertiría en la torsión muy fuerte y evitarían que la materia se comprimiera en un punto de densidad infinita. No obstante, la materia todavía podría agruparse en un estado altamente denso. La energía gravitacional inmensamente alta de este estado causaría una intensa producción de partículas, ya que la energía se puede convertir en materia. Este proceso aumentaría aún más la masa en el interior del agujero negro.

El creciente número de partículas con espín se traduciría en mayores niveles de torsión del espacio-tiempo. La torsión de repulsión detendría el colapso y crearía un “ gran rebote ”, como una pelota de playa comprimida que saliera disparada hacia fuera. El retroceso rápido después de un gran rebote podría ser lo que ha llevado a nuestro universo a su expansión. El resultado de este retroceso coincide con las observaciones de la forma del universo, la geometría y la distribución de la masa.

A su vez, el mecanismo de torsión sugiere un escenario sorprendente: cada agujero negro podría producir un nuevo universo bebé en su interior. Si eso es cierto, entonces el asunto sería que por primera vez sabríamos que nuestro universo vino de otra parte. Así pues, nuestro propio universo podría ser el interior de un agujero negro que existe en otro universo. Así como no podemos ver lo que está pasando en el interior de los agujeros negros en el cosmos, los observadores de un universo padre del nuestro no podrían ver lo que está pasando.

El movimiento de la materia a través de la frontera del agujero negro, llamado  ”horizonte de sucesos”, sólo ocurriría en una sola dirección, proporcionando una dirección de tiempo que percibimos como adelante. La flecha del tiempo en nuestro universo, por tanto, se hereda, a través de torsión, del universo del que surgió.

La torsión también podría explicar el desequilibrio observado entre materia y antimateria en el universo. Debido a la torsión, la materia se desintegra en electrones y quarks, y la antimateria se desintegra en “materia oscura”, una misteriosa forma de materia invisible que parece dar cuenta de la mayoría de la materia en el universo.

Por último, la torsión puede ser la fuente de la “energía oscura”, una misteriosa forma de energía que impregna todo el espacio y aumenta la tasa de expansión del universo. La geometría con torsión produce naturalmente una “constante cosmológica”, una especie de añadido a la fuerza externa que es la forma más sencilla de explicar la energía oscura. Por lo tanto, la expansión observada acelerada del universo puede llegar a ser la evidencia más fuerte para la torsión.

La torsión por lo tanto, proporciona una base teórica para un escenario en el que el interior de cada agujero negro se convierte en un nuevo universo. También aparece como un remedio para varios problemas importantes de la actual teoría de la gravedad y cosmología. Los físicos todavía tienen que combinar la teoría de Einstein-Cartan-Kibble-Sciama plenamente con la mecánica cuántica en una teoría cuántica de la gravedad. Si bien la resolución de algunas cuestiones importantes plantea unas nuevas preguntas sí mismo. Por ejemplo, ¿qué sabemos sobre el universo padre y del agujero negro dentro del cual nuestro universo reside? ¿Cuántas capas de universos padres habría? ¿Cómo podemos probar que nuestro universo reside en un agujero negro?

La última pregunta puede potencialmente ser investigada: puesto que todas las estrellas y los agujeros negros giran, por lo tanto, nuestro universo habría heredado el eje de rotación del agujero negro padre como “dirección preferida”. Hay algunas pruebas recientemente a partir de encuestas de más de 15.000 galaxias que prueban que en un hemisferio del universo hay más galaxias espirales “zurdas”, o que giran en sentido horario, mientras que en el otro hemisferio son más de “mano derecha”, o en sentido contrario a la rotación de las agujas de un reloj. En cualquier caso,  la inclusión de la torsión en la geometría del espacio-tiempo es un paso adecuado hacia una teoría acertada en cosmología.

Autor: Nikoden Poplawski

Enlace original: Every black hole contains a new universe