Los Agujeros Negros Y Estructura Del Espacio-Tiempo

Los agujeros negros y la estructura del espacio-tiempo
Juan Maldacena Institute for Advanced Study, Princeton, New Jersey 08540, EEUU

Resumen La relatividad general predice la existencia de agujeros negros, que son objetos muy interesantes y enigmáticos. Describiremos algunas de sus propiedades clásicas más interesantes. Una vez que combinamos la relatividad general con la mecánica cuántica,los agujeros negros dejan de ser completamente negros. En realidad, emiten radiación térmica. La existencia de esta radiación térmica plantea paradojas. Utilizando la teoría de cuerdas, como una teoría de gravedad cuántica, se pueden resolver algunas de esas paradojas. Esto nos lleva a algunos cambios interesantes en nuestra concepción del espacio y del tiempo. Agujeros Negros Los agujeros negrosson unos de los más fascinantes objetos que la teoría de la relatividad general de Einstein predice. Los agujeros negros tienen una historia interesante y han dado origen a muchas sorpresas teóricas que han conducido a una mejor comprensión de la naturaleza del espacio-tiempo. Consideremos primero la teoría de la gravedad de Newton. Acá, sobre la superficie de la Tierra, podemos sentir laatracción de la gravedad. Si arrojamos una piedra hacia arriba, la misma cae debido a la fuerza de la gravedad. Podríamos arrojar un objeto en forma tal de que no cayera? Sí. Si lo arrojamos con una velocidad mayor a 11 km/s, entonces el mismo escaparía al campo gravitatorio de la Tierra. Esta “velocidad de escape” depende de la masa y del radio de la Tierra. Si la Tierra fuera más masiva y tuviera elmismo radio, entonces la velocidad de escape sería más alta. Luego, uno pude preguntarse: Qué sucedería si tuviéramos un objeto que fuera tan denso y tan masivo que la velocidad de escape fuera más rápida que la velocidad de la luz? Entonces parecería negro; la luz no podría escapar de él. Vamos a dar algunos ejemplos. Para que un objeto con la masa de la Tierra se convierta en un agujero negro,tendría que ser más pequeño que un centímetro. Un objeto con la masa del sol debería concentrarse en una región más pequeña que un kilómetro. Esto fue señalado en el siglo 19 por P. Laplace, pero nadie le prestó mucha atención.

Con la llegada de la teoría de la relatividad especial en 1905, aprendimos que la velocidad de la luz no es igual a cualquier otra velocidad: es el límite cósmico de lavelocidad: nada puede viajar más rápido que la luz. La teoría de la relatividad de Einstein también nos dice que el tiempo y el espacio están íntimamente conectados. El tiempo transcurre en forma diferente para los observadores que se mueven en forma relativa uno respecto de otro. Supongan que estamos en una avenida, parados en una esquina, y delante nuestro vemos dos semáforos, en dos callesdistintas, que se ponen rojos al mismo tiempo. Para alguien que va en un automóvil los semáforos no se pondrían rojos al mismo tiempo Esto es, por supuesto, después de tener en cuenta el tiempo que le lleva a la luz llegar a los ojos de ambos observadores. Ambos ven la luz viajando a la misma velocidad, pero ven transcurrir el tiempo en forma diferente. El tiempo es relativo, la velocidad de la luz esabsoluta. Esto parece estar en contra de nuestra intuición, ya que nosotros generalmente viajamos a velocidades mucho más pequeñas que la velocidad de la luz y no medimos el tiempo en forma muy precisa. Por esta razón no nos damos cuenta que este fenómeno ocurre. Este efecto puede verse todo el tiempo en los aceleradores de partículas. Las partículas viven mucho más tiempo cuando se mueven avelocidades cercanas a la velocidad de la luz. El espacio y el tiempo se unen en un único concepto: espacio-tiempo. El tiempo es percibido en forma diferente por dos observadores que se mueven en forma relativa uno del otro. Ambos observadores ven el mismo espacio-tiempo. Existen fórmulas precisas que nos permiten relacionar las observaciones de estos dos observadores. Volvamos ahora a la gravedad. La...