Premio Nobel de Física: cuál es la singularidad, el corazón de los agujeros negros donde se rompen todas las leyes conocidas de la naturaleza

“En el caso de Genzel y Ghez, sus aportes son que lograron demostrar mediante observaciones astronómicas la existencia de un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia”, explica a BBC Mundo. Eduard Larrañaga, físico teórico y profesor del Observatorio Nacional de Colombia.

“En el caso de Penrose, aunque entendemos que la Academia también lo premia por el tema de los agujeros negros, su contribución a la física va mucho más allá”, agrega.

Según el físico colombiano, fueron las ecuaciones y teorías de Penrose las que ayudaron a los científicos hace más de medio siglo a comprender que los agujeros negros que había previsto la teoría de la relatividad general de Einstein eran realmente posibles.

“Aunque la teoría de la relatividad general se remonta a 1916, hasta la década de 1950 no se abordó mucho el tema, porque incluso el propio Einstein pensaba que los agujeros negros no iban a ser posibles en la naturaleza debido a sus extrañas características”, recuerda.

El físico colombiano dice que en la década de 1950, algunos estudiantes de Einstein comenzaron a hacer unos cálculos para explicar cómo una estrella, cuando moría, podía dar lugar a un agujero negro.

“Sin embargo, los cálculos que se hicieron en ese momento se hicieron asumiendo que la estrella era completamente esférica, pero es una idealización del problema, porque en realidad las estrellas no son así”, dice Larrañaga.

“Lo que hace Penrose es mostrar que incluso las estrellas que no tuvieran un comportamiento totalmente esférico, pero que tuvieran perturbaciones, podrían sufrir un proceso de colapso que conduciría a la formación de un agujero negro”, añade.

Así, dice, la teoría de Penrose demostró la posibilidad de la existencia en la naturaleza de estos objetos elusivos.

Según el académico colombiano, Penrose también contribuyó a la física con notables desarrollos sobre la gravitación o la cosmología, pero su contribución al estudio de los agujeros negros no determinó su origen.

El ahora premio Nobel británico consideró que en algunos puntos del universo y, especialmente en el centro de los agujeros negros, existían ciertas “singularidades” que, de alguna manera, cuestionaban todas las leyes de la física.

Años más tarde, su discípulo aplicaría su teorema sobre singularidades, Stephen Hawking, para comprender también el momento primigenio del Big Bang.

Según Larrañaga, Penrose partió del entendimiento de que existen ciertos puntos, o condiciones del espacio-tiempo, donde la física deja de funcionar.

Es decir, donde no se aplican las leyes que creemos universales.

“Por ejemplo, un agujero negro. Sabes que un agujero negro es un objeto con una gravedad enorme. ¿Por qué tiene una gravedad enorme? Porque tiene mucha masa. Y resulta que esta masa se concentra en una región muy pequeña “Toda esa masa se fue a un punto. Entonces, en ese punto, la gravedad es infinita, la densidad es infinita y muchas otras cantidades físicas van al infinito”, explica.

Según el científico, cuando esto sucede, esos “infinitos” no se pueden manejar con las matemáticas habituales: “Cualquier ecuación con infinitos deja de tener sentido”, dice.

Esto, dice, da lugar a estas “singularidades” en el espacio-tiempo.

“Es el punto del universo donde las ecuaciones de la física dejan de funcionar, por alguna razón. Generalmente es porque cantidades físicas como la masa o la densidad crecen, van hacia el infinito”, dice.

Esto es lo que sucede, dice el científico, en el centro de los agujeros negros.

Allí “toda la masa se acumula, por lo que la densidad es infinita. En ese punto, las ecuaciones de la física de la relatividad general no funcionan”, dice.

Según Larrañaga, la singularidad es entonces ese punto central de los agujeros negros donde se concentra toda la masa.

“Es el corazón, el núcleo del agujero negro, donde la densidad es infinita y por eso las ecuaciones de la física no funcionan, porque donde aparece la densidad, todo crece. Entonces las ecuaciones dejan de funcionar”, argumenta.

El físico colombiano recuerda que este enfoque fue fundamental, porque ayudó a comprender tanto los agujeros negros como los procesos cosmológicos como el Big Bang.

Sin embargo, explica que su complejidad y lo que implica para la física es tal que muchos científicos cuestionan su existencia.

“Hay muchos físicos hoy en día que creen que las singularidades no existen, porque si las aceptamos, las leyes de la física colapsan allí”, dice.

“Entonces cuando nosotros, como físicos, aceptamos singularidades, estamos aceptando que la física tiene un límite“.

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