Un estudio sugiere que el Big Bang pudo haber ocurrido dentro de un agujero negro

• Un estudio reciente plantea la posibilidad de que el Big Bang haya ocurrido en realidad dentro de un agujero negro
• Esta hipótesis podría complementar o cambiar la teoría estándar actual sobre el origen del universo
• La singularidad y los fenómenos de gravedad cuántica dentro de un agujero negro son temas clave
• Se presenta una nueva perspectiva basada en el análisis de datos observacionales y física teórica
• Se propone una ampliación de la comprensión y de las líneas de investigación sobre el nacimiento del universo y sus procesos iniciales

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Hipótesis del origen del Big Bang dentro de un agujero negro

Según una investigación publicada recientemente, el Big Bang, conocido como el origen del universo, pudo en realidad haber ocurrido dentro de un agujero negro. En el modelo estándar tradicional, el Big Bang se entiende como el punto absoluto de inicio del tiempo y el espacio, pero esta nueva teoría considera la posibilidad de que fenómenos fundamentales ya hubieran comenzado antes del Big Bang dentro de un objeto celeste como un agujero negro.

Diferencias frente a la teoría estándar

• En la cosmología estándar predomina la idea de que el universo comenzó en una singularidad, es decir, un punto en el que todo estaba infinitamente concentrado
• La nueva investigación explora la posibilidad de que esa singularidad estuviera dentro de un agujero negro y que, debido a las condiciones internas del agujero negro y a los efectos de la gravedad cuántica, se produjera un fenómeno como el Big Bang
• Esta teoría también muestra puntos de contacto con trabajos previos de algunos físicos teóricos, entre ellos Stephen Hawking

Método de investigación y puntos principales

• El equipo de investigación analizó en detalle la estructura temporal y espacial dentro de los agujeros negros a partir de datos observacionales recientes y cálculos de física teórica
• Se enfatiza que dentro de un agujero negro las propiedades del tiempo y el espacio podrían operar de forma distinta a como lo hacen en el universo habitual
• A partir de esto, se plantea la posibilidad de una nueva interpretación sobre la forma en que apareció el universo por primera vez y sobre su proceso de expansión

Significado y futuras líneas de investigación

• Esta hipótesis podría tener un gran impacto en el debate sobre el nacimiento del universo y sus condiciones iniciales
• Mediante el desarrollo de algoritmos y la investigación con modelos numéricos, se podrá examinar con mayor profundidad la validez de la hipótesis del origen dentro de un agujero negro
• Más que reemplazar el modelo estándar existente, ofrece un intento complementario que proporciona un nuevo marco para entender el origen del universo

Conclusión

Esta investigación está estrechamente relacionada con diversos campos, como la cosmología y el estudio de los agujeros negros, así como con el problema de la gravedad cuántica. Propone una nueva perspectiva sobre las preguntas de larga data en torno al Big Bang, y se espera que impulse debates más profundos y futuras verificaciones experimentales.

[GN⁺]

Comentarios de Hacker News

• Me da curiosidad qué es "lo que está en juego" con este tema; me pregunto si las predicciones que trata el texto podrían llevar a cuestiones importantes en un futuro lejano, o si también ayudarían con problemas del futuro cercano. No es con intención de menospreciar la investigación, sino por pura curiosidad.

• Me impresionó que quien escribió este resumen sea uno de los autores del paper. Aunque existe la carga de simplificar demasiado, al menos tiene la ventaja de eliminar el riesgo de malinterpretar la ciencia.

  • La verdad fue muy entretenido de leer. Ojalá más investigadores publicaran un whitepaper junto con una entrada de blog. Claro, también entiendo que no todos los científicos escriben bien o quieren escribir, y me preocuparía que llegara un mundo donde se evaluara a los investigadores solo por la popularidad o viralidad de su blog.

  • Me parece muchísimo mejor que cuando el equipo de relaciones públicas de una universidad escribe textos exagerados. En vez de repetir retórica gastada sobre que es "el primero del mundo" o "un cambio de paradigma", el autor se enfoca en lo que realmente importa, por ejemplo: ¿se puede verificar experimentalmente? Y si sí, ¿cómo habría que observarlo?

  • Fue un texto realmente bueno. La solución que plantea esta persona se siente de verdad simple y como si resolviera por completo los problemas de los modelos existentes. Da para imaginar que quizá cada agujero negro podría tener un universo distinto en su interior.

• Es una idea interesante, pero incluso si el autor tiene razón y nuestro universo realmente nació dentro de un agujero negro más grande, entonces surge otra pregunta: ¿cómo se generó ese universo superior? Puede que sea un problema que jamás podamos conocer.

  • Tal vez el universo más grande y los universos dentro de él tengan la misma estructura autosimilar (fractal). Si fuera así, eso resolvería la duda.

  • Tortugas hasta abajo, sin fin.

  • Siento que esto está viendo el universo desde una perspectiva demasiado tridimensional.

  • Si uno estudia mecánica cuántica, casi parece que te lleva a la idea de que "todo lo imaginable existe realmente al mismo tiempo"; es decir, que todos los universos y leyes físicas posibles existen de alguna forma, y nosotros solo pertenecemos a uno de ellos. Es una percepción parecida a entender que la Tierra parece un planeta especial dentro del sistema solar, pero en realidad no lo es desde la perspectiva del universo.

• Llevo muchísimo tiempo con curiosidad sobre este tema. No tengo formación en física, pero después de enterarme de que la masa de un agujero negro es linealmente proporcional al radio de Schwarzschild, me pareció muy plausible. A medida que aumenta el tamaño del agujero negro, su densidad disminuye, y si eso se combina con la observación de que nuestro universo tiene una densidad casi constante a gran escala, da la impresión de que en algún punto habría una intersección donde la densidad decreciente de un agujero negro supermasivo coincide con la densidad fija del universo completo. A veces hablo de física con colegas, pero nunca he escuchado una respuesta clara. Además, las implicaciones de esto son realmente fascinantes.

  Me incomoda un poco la forma en que la energía oscura parece usarse para explicar en lugar de energía real. Por lo general se presenta como "la causa que empuja todo hacia afuera", pero más bien parece una especie de energía negativa por la que la energía se escapa del universo, o sea, una pérdida de energía total. En física clásica, cuando dos cuerpos se alejan, se almacena energía potencial que luego puede recuperarse, pero la energía oscura es distinta: mientras más lejos están, más rápido siguen alejándose. Es decir, desde una perspectiva global parece una estructura de pérdida de energía. Esto también continúa en el mundo cuántico: los fotones de alta frecuencia pasan a baja frecuencia. La energía oscura se siente como energía que abandona el universo de forma irreversible, como una evaporación desde el interior de un agujero negro.

  Cuando hago esta pregunta en la vida real, normalmente me responden que el componente de "energía" de la energía oscura está normalizado como una forma de "tensión" del universo, pero esa explicación no me resulta muy satisfactoria.

  • Me acordé de una teoría ingeniosa que vi hace tiempo en HN. Una hipótesis sobre por qué el universo se expande cada vez más rápido decía que el tiempo transcurre a velocidades distintas según la masa. La idea era que en el espacio entre galaxias (los voids), el tiempo corre más rápido que dentro de las galaxias, y a escala cósmica total esa diferencia acumulada podría ser grande. Para alguien no especialista como yo, suena plausible.

  • Sobre la idea de que "la energía oscura se siente como energía que se escapa del universo, como si se evaporara dentro de un agujero negro...", en realidad los agujeros negros crecen cuando la materia entra por el horizonte de eventos, y se encogen cuando se evaporan. Si comparas la expansión del universo y la pérdida de energía con el marco de un agujero negro, más bien sería como si estuviera entrando más energía.

  • Si metes la estimación de la masa del universo en la fórmula de Schwarzschild, ves que queda increíblemente cerca del tamaño del universo observable.

  • Sobre la pregunta de si "ver la energía oscura como energía negativa no suena más plausible", lo pienso también desde el punto de vista de otro no especialista: la energía que un agujero negro perdería teóricamente es demasiado pequeña como para detectarla, mientras que la cantidad total de energía oscura es el componente más grande del universo observable. Dudo que numéricamente cuadre.

  • Sobre la afirmación de que observacionalmente nuestro universo muestra densidad homogénea a gran escala, en realidad eso era cierto en la época de recombination, pero asumir que toda su evolución hasta ahora ha sido homogénea es parte del estándar LCDM (Lambda-Cold Dark Matter), y yo no diría que eso esté tan sólidamente respaldado de forma empírica. Ver Cosmic web, Inhomogeneous cosmology.

    Intuitivamente estoy de acuerdo con que "la energía oscura se parece a energía negativa". Si en las ecuaciones de Einstein mueves el término lambda al lado del tensor energía-momento, efectivamente desempeña un papel negativo, y las observaciones sugieren que lambda es positiva.

    En un sistema clásico, cuando dos objetos se separan, la energía potencial almacenada puede recuperarse después, pero la energía oscura no funciona así (cuanto más lejos, más aceleración), así que desde una perspectiva global puede verse como pérdida de energía.

    En relatividad general, la conservación de la energía no se cumple de manera global para el universo completo Conservation of energy; solo se cumple localmente, e incluso definir rigurosamente la energía del espacio-tiempo es difícil Stress–energy tensor, Mass in general relativity.

    La energía oscura (la constante cosmológica) es literalmente constante, así que aunque haya pérdida de energía mientras el espacio se expande, eso no significa que la constante gravitacional cambie. Ver este paper en arXiv.

• Si uno mira la idea del "rebote fermiónico" que este paper toma como eje, comparando las escalas de masa y energía que conocemos el resultado termina siendo un agujero negro gigantesco. Si existió un agujero negro tan grande, vuelve a dar curiosidad en qué tipo de entorno estaba, incluso si por la curvatura positiva quedara atrapado oscilando en su interior...

  Aun así, la discusión relacionada con la teoría del universo-agujero negro existe desde hace bastante tiempo. No la vería como una alternativa revolucionaria o radical; es una idea que surge de forma bastante natural con solo entender el concepto de horizonte de eventos. Lo nuevo de este paper es que presenta una "solución analítica".

• Como lectura de hard SF, recomiendo "Cosm" de Gregory Benford, de 1999. Trata de la creación en un laboratorio de un miniuniverso del tamaño de una bola de boliche, y de cómo la científica intenta proteger ese universo de agentes del gobierno. Un punto interesante es que en ese universo el tiempo también es relativo al tamaño, así que no hace falta esperar mucho.

  • Va directo a mi lista. Me encanta que en HN salgan recomendaciones de SF tan seguido, aunque también suspire al pensar que hay tantos buenos libros que jamás podré leerlos todos en una vida.

  • Siento que esta premisa se parece a "Horton Hears a Who".

  • Como clásico parecido, se menciona "Microcosmic God" (1941) de Theodore Sturgeon.

  • Creo recordar que había un episodio parecido en Star Trek DS9.

  • También me recuerda al episodio 6 de la temporada 2 de Rick and Morty, 'The Ricks Must be Crazy', donde Rick crea todo un microverso para usarlo como batería de su nave, y luego el científico dentro de ese microverso crea a su vez un miniverso.

• Alguna vez leí la hipótesis de que nuestro universo 3D está dentro de un agujero negro 4D. La teoría dice que al cruzar el horizonte de eventos de un agujero negro, la coordenada radial pasa a comportarse como tiempo y se pierde un grado de libertad espacial; en cambio, todavía es posible moverse en las direcciones angulares, así que se forma un universo de dimensión N-1. Es decir, el universo 3D surgiría de materia que cayó en un agujero negro 4D, un agujero negro 3D sería un Flatland 2D, y el universo 4D exterior estaría a su vez dentro de un agujero negro 5D... ese tipo de imaginación.

  • Señalan que en cuatro dimensiones el operador rotacional (curl operator) no funciona.

  • Sobre la frase "al cruzar el horizonte de eventos la coordenada radial se vuelve temporal y se pierde una dimensión espacial", la coordenada temporal también pasa simultáneamente a ser espacial, así que siguen quedando tres grados de libertad. Las dimensiones no simplemente desaparecen; esto sigue el supuesto físico de que el espacio-tiempo es una variedad lorentziana 4D. Además, la singularidad del agujero negro pertenece en cierto sentido al futuro, así que no es un "lugar" que puedas tocar físicamente con una partícula.

  • Después viene el juego mental de que quizá las constantes físicas familiares de nuestro universo sean en realidad restos estirados como espagueti (spaghettified) desde dimensiones superiores. Alguna vez pensé que la velocidad de la luz c podría ser justamente una de esas constantes spaghettified. En broma, quizá todas las constantes sean restos de un universo superior.

  • Me pregunto qué habría dentro de un agujero negro unidimensional.

• Sobre la descripción de que "el Big Bang fue una singularidad en la que el universo nació explosivamente", los medios suelen reportarlo así, pero en realidad eso no es la teoría estándar actual. Escenarios como "antes del Big Bang no existían el espacio ni el tiempo" se parecen más a una opinión personal de Stephen Hawking.

  • Una explicación más precisa es que nuestras teorías actuales simplemente no tienen forma de explicar lo que hubo "antes" del Big Bang. Cuando la teoría llega al punto donde se necesitaría gravedad cuántica, nuestras matemáticas se rompen por completo. Así que no podemos afirmar nada sobre el estado previo al Big Bang; incluso decir que no existían espacio ni tiempo antes del Big Bang no deja de ser una especulación. Sin embargo, los medios publican constantemente estas inferencias como si fueran "noticias científicas", cuando en esencia la ciencia no ha tenido una postura oficial sobre este problema y todas las afirmaciones son especulativas. Los medios a menudo transmiten erróneamente estas conjeturas como si fueran conclusiones científicas.

  • Parece que mucha gente, consciente o no, no entiende bien la esencia del modelo estándar (Lambda-CDM) de que "no hay un antes del Big Bang". Antes de t=0 ni siquiera existe el concepto de tiempo.

  • Me da curiosidad cuál es exactamente la teoría estándar actual.

  • Al final presiento que algún día se descubrirá que nuestro universo no es el único ciclo, que no somos el único universo ni el único ciclo. Históricamente pasamos de pensar que la Tierra era el centro del cosmos, luego al sistema solar, y ahora parece que estamos entrando en una etapa donde nuestro universo tampoco tendría nada de particularmente especial entre muchos universos.

  • Si te cuesta aceptar que el universo "se originó por sí solo", creer en Dios tampoco sería muy diferente, dicen en broma.

• Sobre la explicación del paper de que "según el teorema de Penrose, el principio cuántico de exclusión (dos fermiones no pueden ocupar el mismo estado) impide que la materia se comprima indefinidamente, por lo que el colapso se detiene y ocurre un rebote", entonces la pregunta es: ¿por qué las estrellas de neutrones colapsan en agujeros negros aunque también obedecen ese principio de exclusión?

  • Tal vez porque un agujero negro es una distorsión macroscópica del espacio-tiempo y no un fenómeno puramente de propiedades cuánticas locales.

  • Una de las razones por las que una estrella de neutrones colapsa a un agujero negro es la "captura electrónica", donde los electrones son forzados a combinarse con protones para formar neutrones y neutrinos. Si la presión es suficientemente alta, se atraviesan varias etapas de materia degenerada (degenerate matter), y teóricamente en la última etapa degenerada podría existir un objeto más pequeño que su radio de Schwarzschild. Pero como esos estados de la materia no son observables, hay mucha incertidumbre. Nadie sabe qué ocurre dentro del radio de Schwarzschild. Hay varias ideas, pero ninguna explicación definitiva. La física cuántica cerca de la singularidad de un agujero negro sigue siendo desconocida.

  • La respuesta es que, si la masa es lo suficientemente grande, la gravedad es tan fuerte que el colapso continúa aunque todos los fermiones estén en estados distintos.

• Sobre la explicación de que "la teoría del universo-agujero negro plantea que todo nuestro universo se generó dentro de un agujero negro en un universo superior", entonces, ¿eso significaría que dentro de los agujeros negros de nuestro universo también hay otros universos? Es una idea impactante con solo imaginarla.

  • Esta idea ya existe desde hace tiempo. Aun así, quizá no sea exacto decir que un universo esté "contenido" dentro de un agujero negro. Ver White hole Big Bang/Supermassive White Hole.

  • Broma de que quizá la película Men In Black en realidad era un documental.