El extraño destino de una persona al caer en un agujero negro

Esta fue la historia más leída en BBC Tierra en 2015. Aquí tienes otra oportunidad de leerla.

Le puede pasar a cualquiera. Tal vez estés intentando encontrar un nuevo planeta habitable para la raza humana, o tal vez estés dando un largo paseo y te resbales. Sean cuales sean las circunstancias, en algún momento todos nos enfrentamos a la vieja pregunta: ¿qué pasa cuando caes en un agujero negro?

Podrías esperar ser aplastado, o tal vez despedazado. Pero la realidad es más extraña que eso.

En el instante en que entraras en el agujero negro, la realidad se dividiría en dos. En una, te incinerarías al instante, y en la otra te sumergirías en el agujero negro completamente ileso.

Un agujero negro es un lugar donde las leyes de la física tal y como las conocemos se rompen. Einstein nos enseñó que la gravedad deforma el espacio mismo, haciendo que se curve. Así que, si se trata de un objeto lo suficientemente denso, el espacio-tiempo puede deformarse tanto que se retuerce sobre sí mismo, abriendo un agujero en el tejido mismo de la realidad.

Una estrella masiva que se ha quedado sin combustible puede producir el tipo de densidad extrema necesaria para crear un trozo de mundo tan destrozado. Al ceder bajo su propio peso y colapsar hacia dentro, el espacio-tiempo se hunde con ella. El campo gravitacional se vuelve tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar, haciendo que la región donde la estrella solía estar sea profundamente oscura: un agujero negro.

A medida que te adentras en el agujero negro, el espacio se vuelve cada vez más curvo

El límite más externo del agujero es su horizonte de sucesos, el punto en el que la fuerza gravitatoria contrarresta con precisión los esfuerzos de la luz por escapar de él. Si te acercas más, no hay escapatoria.

El horizonte de sucesos está lleno de energía. Los efectos cuánticos en el borde crean corrientes de partículas calientes que irradian hacia el universo. Esto se llama radiación de Hawking, en honor al físico Stephen Hawking, que la predijo. Con el tiempo suficiente, el agujero negro irradiará su masa y se desvanecerá.

A medida que se profundiza en el agujero negro, el espacio se vuelve cada vez más curvo hasta que, en el centro, se vuelve infinitamente curvo. Esta es la singularidad. El espacio y el tiempo dejan de ser ideas significativas, y las leyes de la física tal y como las conocemos -todas ellas requieren espacio y tiempo- ya no se aplican.

Lo que ocurre aquí, nadie lo sabe. ¿Otro universo? ¿El olvido? La parte trasera de una librería? Es un misterio.

Entonces, ¿qué ocurre si caes accidentalmente en una de estas aberraciones cósmicas? Empecemos preguntando a tu compañera espacial -la llamaremos Ana-, que observa horrorizada cómo te precipitas hacia el agujero negro, mientras ella permanece a salvo en el exterior. Desde donde está flotando, las cosas están a punto de ponerse raras.

A medida que aceleras hacia el horizonte de sucesos, Anne te ve estirarte y contorsionarte, como si te viera a través de una lupa gigante. Es más, cuanto más te acercas al horizonte más pareces moverte a cámara lenta.

Antes de cruzar la oscuridad del agujero negro, quedas reducido a cenizas

No puedes gritarle, ya que no hay aire en el espacio, pero puedes intentar enviarle un mensaje en morse con la luz de tu iPhone (hay una aplicación para ello). Sin embargo, tus palabras llegan a ella cada vez más lentamente, las ondas de luz se extienden a frecuencias cada vez más bajas y más rojas: «Muy bien, a l r i g o , a l r i…»

Cuando llegas al horizonte, Ana te ve congelado, como si alguien hubiera pulsado el botón de pausa. Te quedas ahí enyesado, inmóvil, estirado sobre la superficie del horizonte mientras un calor creciente empieza a engullirte.

Según Anne, eres lentamente borrado por el estiramiento del espacio, la detención del tiempo y los fuegos de la radiación Hawking. Antes de cruzar la oscuridad del agujero negro, quedas reducido a cenizas.

Pero antes de planificar tu funeral, olvidémonos de Anne y veamos esta espantosa escena desde tu punto de vista. Ahora, sucede algo aún más extraño: nada.

Navegas directamente hacia el destino más ominoso de la naturaleza sin ni siquiera un golpe o una sacudida – y ciertamente sin estiramiento, ralentización o radiación abrasadora. Esto se debe a que estás en caída libre y, por lo tanto, no sientes la gravedad: algo que Einstein llamó su «pensamiento más feliz».

En un agujero negro lo suficientemente grande, podrías vivir el resto de tu vida con bastante normalidad

Después de todo, el horizonte de sucesos no es como una pared de ladrillos flotando en el espacio. Es un artefacto de la perspectiva. Un observador que permanece fuera del agujero negro no puede ver a través de él, pero ese no es tu problema. En lo que a ti respecta no hay horizonte.

Seguro que si el agujero negro fuera más pequeño tendrías un problema. La fuerza de la gravedad sería mucho más fuerte a tus pies que a tu cabeza, estirándote como un trozo de espagueti. Pero por suerte para ti este es uno grande, millones de veces más masivo que nuestro Sol, así que las fuerzas que podrían espaguetizarte son lo suficientemente débiles como para ser ignoradas.

De hecho, en un agujero negro lo suficientemente grande, podrías vivir el resto de tu vida con bastante normalidad antes de morir en la singularidad.

¿Cómo de normal podría ser realmente, podrías preguntarte, dado que estás siendo succionado hacia una ruptura en el continuo espacio-tiempo, arrastrado en contra de tu voluntad, incapaz de volver hacia el otro lado?

No puedes dar la vuelta y escapar del agujero negro

Pero si lo piensas, todos conocemos esa sensación, no por nuestra experiencia con el espacio sino con el tiempo. El tiempo sólo avanza, nunca retrocede, y nos arrastra en contra de nuestra voluntad, impidiéndonos dar la vuelta.

Esto no es sólo una analogía. Los agujeros negros deforman el espacio y el tiempo hasta tal punto que, dentro del horizonte del agujero negro, el espacio y el tiempo intercambian sus papeles. En cierto sentido, es el tiempo el que te atrae hacia la singularidad. No se puede dar la vuelta y escapar del agujero negro, como tampoco se puede dar la vuelta y viajar al pasado.

En este punto es posible que quieras detenerte y hacerte una pregunta apremiante: ¿Qué demonios le pasa a Ana? Si te estás relajando dentro del agujero negro, rodeado de nada más raro que el espacio vacío, ¿por qué insiste en que te has quemado por la radiación fuera del horizonte? ¿Está alucinando?

En realidad, Anne está siendo perfectamente razonable. Desde su punto de vista, realmente te has quemado en el horizonte. No es una ilusión. Incluso podría recoger tus cenizas y enviárselas a tus seres queridos.

De hecho, las leyes de la naturaleza exigen que permanezcas fuera del agujero negro visto desde la perspectiva de Anne. Esto se debe a que la física cuántica exige que la información nunca pueda perderse. Cada trozo de información que explica tu existencia tiene que permanecer en el exterior del horizonte, no sea que se rompan las leyes físicas de Anne.

Tienes que estar en dos lugares, pero sólo puede haber una copia de ti

Por otro lado, las leyes de la física también exigen que navegues por el horizonte sin encontrarte con partículas calientes ni nada fuera de lo normal. De lo contrario, estarías violando el pensamiento más feliz de Einstein, y su teoría de la relatividad general.

Así que las leyes de la física requieren que estés tanto fuera del agujero negro en un montón de cenizas como dentro del agujero negro vivo y sano. Por último, pero no menos importante, hay una tercera ley de la física que dice que la información no puede ser clonada. Tienes que estar en dos lugares, pero sólo puede haber una copia de ti.

De alguna manera, las leyes de la física nos señalan una conclusión que parece bastante disparatada. Los físicos llaman a este exasperante enigma la paradoja de la información de los agujeros negros. Por suerte, en los años 90 encontraron una forma de resolverla.

Leonard Susskind se dio cuenta de que no hay ninguna paradoja, porque ninguna persona ve tu clon. Ana sólo ve una copia de ti. Tú sólo ves una copia de ti. Tú y Anne nunca pueden comparar notas. Y no hay un tercer observador que pueda ver simultáneamente dentro y fuera de un agujero negro. Por lo tanto, no se rompe ninguna ley de la física.

La realidad depende de a quién le preguntes

A no ser que exijas saber qué historia es realmente cierta. ¿Estás realmente muerto o estás realmente vivo?

El gran secreto que nos han revelado los agujeros negros es que no hay realmente. La realidad depende de a quién se le pregunte. Existe la realidad de Ana y existe tu realidad. Fin de la historia.

Bueno, casi. En el verano de 2012, los físicos Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joe Polchinski y James Sully, conocidos colectivamente como AMPS, idearon un experimento mental que amenazaba con poner patas arriba todo lo que creíamos saber sobre los agujeros negros.

Se dieron cuenta de que la solución de Susskind giraba en torno al hecho de que cualquier desacuerdo entre tú y Anne está mediado por el horizonte de sucesos. No importaba que Anne viera la versión desafortunada de ti esparcida entre la radiación de Hawking, porque el horizonte le impedía ver la otra versión de ti flotando en el interior del agujero negro.

Anne podría echar un vistazo detrás del horizonte

¿Pero qué pasaría si hubiera una forma de averiguar qué hay al otro lado del horizonte, sin llegar a cruzarlo?

La relatividad ordinaria diría que eso es un no-no, pero la mecánica cuántica hace que las reglas sean un poco más confusas. Anne podría echar un vistazo detrás del horizonte, utilizando un pequeño truco que Einstein llamó «acción fantasmal a distancia».

Esto ocurre cuando dos conjuntos de partículas que están separadas en el espacio están misteriosamente «enredadas». Forman parte de un todo único e indivisible, de modo que la información necesaria para describirlas no se encuentra en ninguno de los dos conjuntos por separado, sino en los espeluznantes vínculos entre ellos.

La idea del AMPS era algo así. Supongamos que Ana se apodera de un trozo de información cerca del horizonte: llámalo A.

Cada bit de información sólo puede estar enredado una vez

Si su historia es correcta, y tú estás perdido, revuelto entre la radiación Hawking fuera del agujero negro, entonces A debe estar enredado con otro bit de información, B, que también forma parte de la nube caliente de radiación.

Por otro lado, si tu historia es la verdadera, y estás vivo y bien al otro lado del horizonte de sucesos, entonces A debe estar entrelazado con un bit de información diferente, C, que está en algún lugar dentro del agujero negro.

Aquí está el truco: cada bit de información sólo puede ser entrelazado una vez. Eso significa que A sólo puede estar entrelazado con B o con C, no con ambos.

Así que Anne coge su bit, A, y lo pasa por su práctica máquina de decodificación de enredos, que escupe una respuesta: o B o C.

¿Te deslizas a través de él y vives una vida normal?

Si la respuesta resulta ser C, entonces tu historia gana, pero las leyes de la mecánica cuántica se rompen. Si A está enredado con C, que está en las profundidades del agujero negro, entonces ese trozo de información se pierde para Ana para siempre. Eso rompe la ley cuántica de que la información nunca puede perderse.

Eso deja a B. Si la máquina decodificadora de Ana encuentra que A está enredado con B, entonces Ana gana, y la relatividad general pierde. Si A está enredado con B, entonces la historia de Anne es la única historia verdadera, lo que significa que realmente te has quemado. En lugar de navegar directamente a través del horizonte, como dice la relatividad que deberías hacer, chocaste con un cortafuegos en llamas.

Así que volvemos al punto de partida: ¿qué pasa cuando caes en un agujero negro? ¿Te deslizas a través de él y vives una vida normal, gracias a una realidad que es extrañamente dependiente del observador? O te acercas al horizonte del agujero negro sólo para chocar con un cortafuegos mortal?

Nadie sabe la respuesta, y se ha convertido en una de las preguntas más polémicas de la física fundamental.

Anne tardaría un tiempo extraordinariamente largo en descifrar el entrelazamiento

Los físicos han pasado más de un siglo tratando de conciliar la relatividad general con la mecánica cuántica, sabiendo que en algún momento uno u otro iba a tener que ceder. La solución a la paradoja del cortafuegos debería decirnos cuál, y señalar el camino hacia una teoría aún más profunda del universo.

Una pista podría estar en la máquina de decodificación de Anne. Averiguar con qué otro bit de información está enredado A es un problema extraordinariamente complicado. Así que los físicos Daniel Harlow, de la Universidad de Princeton (Nueva Jersey), y Patrick Hayden, ahora en la Universidad de Stanford (California), se preguntaron cuánto tiempo llevaría.

En 2013 calcularon que, incluso con el ordenador más rápido que permitieran las leyes de la física, Anne tardaría un tiempo extraordinariamente largo en descifrar el enredo. Para cuando tuviera una respuesta, el agujero negro se habría evaporado hace tiempo, desapareciendo del universo y llevándose consigo la amenaza de un cortafuegos mortal.

Si ese es el caso, la mera complejidad del problema podría impedir que Anne llegara a averiguar qué historia es la verdadera. Eso dejaría ambas historias simultáneamente verdaderas, la realidad intrigantemente dependiente del observador, todas las leyes de la física intactas, y nadie en peligro de toparse con un inexplicable muro de fuego.

Si la verdadera naturaleza de la realidad se esconde en algún lugar, el mejor sitio para buscar es un agujero negro

También da a los físicos algo nuevo en lo que pensar: las tentadoras conexiones entre los cálculos complejos (como el que aparentemente no puede hacer Ana) y el espacio-tiempo. Esto puede abrir la puerta a algo más profundo aún.

Eso es lo que pasa con los agujeros negros. No son sólo molestos obstáculos para los viajeros espaciales. También son laboratorios teóricos que toman las peculiaridades más sutiles de las leyes de la física, y luego las amplifican a tales proporciones que no pueden ser ignoradas.

Si la verdadera naturaleza de la realidad se esconde en algún lugar, el mejor lugar para mirar es un agujero negro. Aunque probablemente sea mejor mirar desde fuera: al menos hasta que resuelvan todo esto del cortafuegos. O enviar a Anne. Ya es su turno.