Sobre los agujeros negros, su pelo y las partículas elementales

A los físicos, a veces, les gusta complicarse la existencia. De otra forma, no se entiende que se empeñen en relacionar cosas tan radicalmente diferentes como los agujeros negros y las partículas elementales. Sin embargo, físicos de la talla de Stephen Hawking o Roger Penrose han demostrado que no son tan diferentes como se podría pensar a primera vista.

Hay una extraña expresión sobre los agujeros negros, que solía repetir John Wheeler, "los agujeros negros no tienen pelo". Con esto quería decir que, excepto por unas pocas características que los distinguen, todos los agujeros negros resultan parecidos no exhiben ningún "peinado" característico o "personal", algo característico y propio, que nos permita diferenciar un agujero negro de otro. Lo único que los caracteriza son su masa, su carga eléctrica, y otras cargas de fuerza, y su velocidad de giro. Nadie podría distinguir dos agujeros negros con estos mismos valores característicos, y, precisamente, esta similitud de los rasgos definitorios ha hecho creer a algunos físicos, a lo largo de los años, la "extraña especulación" según la cual los agujeros negros podrían ser partículas elementales gigantescas.

La relatividad general no establece ninguna masa mínima para los agujeros negros, de hecho si comprimimos una masa del orden de la masa de Planck (una masa parecidad a la de una mota de polvo) hasta conseguir un diminuto agujero negro "sin pelo", se parecerá mucho a una partícula elemental, un "bulto" diminuto caracterizado sólamente por su masa, su carga de fuerza y su espín. La teoría de cuerdas nos ha permitido seguir avanzando por este camino. Gracias a esta teoría se sabe que cuando las seis dimensiones enrolladas se encuentran compactadas en una forma de Calabi-Yau, existen en general dos tipos de esferas empotradas dentro de la estructura de la forma. Una es bidimensional, como la superficie de un balón, y la otra tridimensional, difícil de imaginar en nuestro mundo cotidiano de tres dimensiones. Con el paso del tiempo, se conoce por la teoría que estas esferas acaban colapsando, reduciendo su tamaño (y su masa) hasta un volumen tan pequeño que se desvanecen. Esto preocupó, durante varios años a los físicos, porque se preguntaban si la propia estructura del espacio se colapsaría produciendo algún efecto catastrófico (volvían algunos de los infinitos que había conseguido "domesticar" la teoría de cuerdas, desterrando las partículas puntuales), pero la existencia de bibranas y tribranas, estructuras semejantes a las cuerdas en vibración, pero de dos o tres dimensiones, como establece la teoría M, salvaban de la catástrofe a la estructura del espacio. Las bibranas eran capaces de envolver y cubrir completamente una esfera bidimensional, y las tribranas hacían lo mismo con las esferas tridimensionales.

Andrew Strominger demostró, en 1995, que las membranas envolventes proporcionan un escudo, hecho a medida, que cancela todos los efectos perversos del colapso de las esferas. Es interesante resaltar que en estos colapsos (o rasgados de la estructura del espacio) las esferas resultantes tienen una dimensión menos que al principio. Las tridimensionales se convierten en bidimensionales y las bidimensionales en unidimensionales (simples circunferencias).

Volviendo al caso de los agujeros negros: cuando una tribrana envuelve a una esfera tridimensional (esta se nos presenta como un agujero negro), que empieza a tener una masa cada vez más pequeña, en un volumen menguante, esta se convierte en una tribrana sin masa, que resulta la descripción microscópica de la partícula carente de masa en que se ha convertido el agujero negro. Un agujero negro con masa inicial, al que se le aplica la transformación indicada, se convierte en una partícula carente de masa, como puede ser el fotón, pura radiación electromagnética. En cierta forma no es tan extraño, pues existe una radiación, lógicamente formada por fotones, llamada radiación de Hawking (una radiación de origen cuántico) por la que un agujero negro va perdiendo su masa. Aunque la transformación a la que aludo en el post, es infinitamente más rápida que esta pérdida de masa por radiación, y más parecida, a una especie de transición de fase, como el paso de líquido a gas.

Fuente: La bella teoría.