¿Realmente vivimos en un agujero negro? Nuevas hipótesis cuestionan cómo entendemos el universo | National Geographic

Al contemplar las estrellas por la noche, es fácil imaginar que el espacio es infinito. Pero los cosmólogos saben que el universo tiene límites.

En primer lugar, sus mejores modelos indican que el espacio y el tiempo tuvieron un comienzo, un punto subatómico llamado singularidad. Este punto de intenso calor y densidad se expandió rápidamente hacia afuera durante el Big Bang. Y en segundo lugar, el universo visible está circunscrito por lo que se conoce como horizonte de sucesos, un precipicio más allá del cual no se puede observar nada porque el cosmos se ha expandido más rápido que la velocidad de la luz, dejando partes de él demasiado lejos para que incluso nuestros mejores telescopios puedan verlas.

Estos dos elementos, la singularidad y el horizonte de sucesos, son también características importantes de los agujeros negros. Estos monstruos gravitacionales acechan por todo el cosmos, devorando gas, polvo y luz. 

Al igual que el universo, los agujeros negros están limitados por sus propios horizontes de sucesos, un límite más allá del cual no se puede observar nada y que se cree que contiene una singularidad. Quizás por eso, un par de artículos científicos recientes han sugerido que todo nuestro universo podría existir dentro de un agujero negro.

Aunque se aleja un poco del ámbito de la cosmología convencional, la alucinante posibilidad de vivir en un agujero negro no es solo cosa de universitarios contemplativos que se quedan despiertos hasta tarde. “Sin duda es una idea razonable”, dice Niayesh Afshordi, astrofísico del Instituto Perimeter de Física Teórica de Waterloo, Canadá. “Solo hay que hacer que los detalles funcionen”.

Las matemáticas que sustentan nuestra comprensión del universo son muy similares a las que describen los agujeros negros. Ambas se derivan de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Se trata de la idea de que los objetos del espacio crean curvas en el tejido del espacio-tiempo que gobiernan sus movimientos y explican cómo funciona la gravedad. Casualmente, el radio del universo observable es el mismo que el de un agujero negro con la masa de nuestro cosmos.

A lo largo de los años, esto ha llevado a algunos investigadores a plantear la posibilidad de que el universo se encuentre dentro de un agujero negro. Dos de los primeros en elaborar los detalles fueron el físico teórico Raj Kumar Pathria y, al mismo tiempo, el matemático I. J. Good en la década de 1970.

Unos 20 años más tarde, el físico Lee Smolin dio un paso más con una teoría según la cual cada agujero negro que se forma en nuestro universo produce un nuevo universo en su interior con una física ligeramente diferente a la nuestra. Así, los universos brotan unos de otros, mutando y “evolucionando” a medida que crean universos hijos. Lo llamó selección natural cosmológica.

Aunque ninguna de estas ideas se ha popularizado especialmente, muchos físicos siguen reconociendo la conexión conceptual entre los agujeros negros y el universo. “Matemáticamente, están muy relacionados”, señala Ghazal Geshnizjani, físico teórico también del Instituto Perimeter. “Son como lo contrario el uno del otro”. 

Se cree que nuestro cosmos comenzó con una singularidad, ese punto de densidad infinita que precedió al Big Bang. Los agujeros negros, por el contrario, terminan en una singularidad, un diminuto punto de eliminación de basura donde todo se aplasta hasta perder todo significado.

El horizonte de sucesos de un agujero negro, el límite esférico que rodea la singularidad, es también su punto de no retorno. Aunque a menudo se les considera aspiradoras cósmicas en la cultura popular, los agujeros negros son en realidad objetos relativamente tranquilos. Una nave espacial puede entrar en una órbita estable alrededor de uno de ellos y luego escapar, a menos que se deslice más allá del horizonte de sucesos, más allá del cual nada puede volver jamás.

La expansión constante de nuestro universo provoca un fenómeno similar. Cuando miramos al universo con telescopios, vemos que los objetos más lejanos se alejan de nosotros más rápido que los más cercanos. A distancias suficientemente grandes, la expansión se produce más rápido que la velocidad de la luz, alejando las estrellas y las galaxias tan rápidamente que desaparecen más allá de un borde, el horizonte cósmico. Es casi como si esas estrellas y galaxias desaparecieran en las fauces de un agujero negro invertido.

Uf. ¿Ya te duele la cabeza? No te preocupes. Lo importante para los científicos es que estas conexiones superficiales entre los agujeros negros y el universo no implican necesariamente que uno sea el otro. Para dar ese salto, los físicos necesitarían saber qué resultados observables podría tener esa idea.

“Tenemos teorías y estas tienen consecuencias”, explica Alex Lupsasca, físico de la Universidad de Vanderbilt en Nashville, Tennessee, Estados Unidos. “Si las implicaciones de la teoría quedan descartadas por un experimento, entonces podríamos decir que las suposiciones son inconsistentes o erróneas”.

Entonces, ¿cuáles serían las consecuencias observables si nuestro universo estuviera, de hecho, dentro de un agujero negro? Por un lado, habría una especie de dirección u orientación natural del cosmos: las galaxias girarían en una dirección favorecida o en un eje sutil en el calor residual del Big Bang que llena el universo. “Cabría esperar algún tipo de gradiente en todo nuestro universo”, indica Afshordi. “Una dirección sería hacia el centro del agujero negro y otra hacia el exterior del agujero negro”.

Sin embargo, nuestras mejores mediciones muestran que, a gran escala, el cosmos parece ser bastante repetitivo. Los físicos se refieren a esto como el principio cosmológico. Explica que el universo no tiene una dirección especial y que es prácticamente igual en todas partes. Cómo puede surgir tal uniformidad del nacimiento de un agujero negro es un desafío para cualquiera que afirme que el cosmos se encuentra dentro de uno. Los agujeros negros nacen de estrellas moribundas, un proceso desordenado, caótico y nada uniforme.

También está el problema de la singularidad del agujero negro. Ese punto infinitesimal es el momento final predestinado para cualquier persona o cosa que caiga dentro de un agujero negro, algo así como lo contrario de un cosmos en rápida expansión.

Para comprender mejor estas cuestiones, los físicos tendrían que averiguar cómo combinar las dos teorías más exitosas del siglo XX: la relatividad general, que se aplica a los objetos más grandes, y la mecánica cuántica, que rige los más pequeños. 

Dado que una singularidad es un punto microscópico con una masa enorme, ninguna de las dos teorías por sí sola puede abordarla, sino que se requiere algún tipo de síntesis entre ambas. A pesar de los numerosos esfuerzos, hasta ahora los científicos no han logrado desarrollar una teoría de la gravedad cuántica de este tipo. Por la misma razón, no podemos determinar qué sucede exactamente dentro de un agujero negro o antes del Big Bang.

No obstante, los cosmólogos coinciden en que explorar algunas de estas vías es un ejercicio fascinante y podría conducir a nuevos descubrimientos. Quizás incluso encuentren motivos para reconsiderar sus modelos cósmicos y descubran que el universo realmente se encuentra dentro de un agujero negro.