Capítulo 7: LOS AGUJEROS NEGROS NO SON TAN NEGROS (Páginas 144- 148)
¿Cómo es posible que un agujero negro parezca emitir
partículas cuando sabemos que nada puede escapar de dentro de su horizonte de
sucesos? La respuesta, que la teoría cuántica nos da, es que las partículas no provienen
del agujero negro, sino del espacio “vacío” justo fuera del horizonte de
sucesos del agujero negro. Podemos entender que esto de la siguiente manera: lo
que consideramos el espacio “vacío” no puede estar totalmente vacío, porque esto significaría que todos los campos, tales
como el gravitatorio o el electromagnético, tendrían que ser exactamente cero.
Sin embargo, el valor de u campo y su velocidad de cambio con el tiempo son
como la posición y la velocidad de una partícula: el principio de incertidumbre
implica que cuanto con mayor precisión se conoce una de esas dos magnitudes,
con menor precisión se puede saber la otra. Así, en el espacio vacío, el campo
no puede estar fijo con valor cero exactamente, porque entonces tendría a la
vez un valor preciso (cero) y una velocidad de cambio precisa (también cero).
Debe haber una cierta cantidad mínima debido a la incertidumbre, o
fluctuaciones cuánticas, del valor del campo. El principio de incertidumbre
también predice que habrá pares similares de partículas materiales virtuales,
como electrones o quarks. En este caso, sin embargo, un miembro del par será
una partícula y el otro una antipartícula (las antipartículas de la luz y de la
gravedad son las mismas que las partículas).
Como la energía no puede ser creada de la nada, uno de
los componentes de un par partícula/antipartícula tendrá energía positiva y el
otro energía negativa. El que tiene energía negativa está condenado a ser una
partícula virtual de vida muy corta, porque las partículas reales siempre tienen
energía positiva en situaciones normales. Debe, por lo tanto, buscar a su
pareja y aniquilarse con ella. Pero una partícula real, cerca de un cuerpo
masivo, tiene menos energía que si estuviera lejos, porque se necesitaría
energía para alejarla en contra de la atracción gravitatoria de ese cuerpo.
Normalmente, la energía dela partícula aún sigue siendo positiva, pero el campo
gravitatorio dentro de un agujero negro es tan intenso que incluso una
partícula real puede tener allí energía negativa. Es, por lo tanto, posible,
para la partícula o antipartícula real. En este caso, ya no tiene que
aniquilarse con su pareja. Su desamparado compañero puede caer así mismo en el
agujero negro. O, al tener energía positiva, también puede escaparse de las
cercanías del agujero negro como partícula o antipartícula real. Para un observador
lejano, parecerá haber sido emitida desde el agujero negro. Cuanto más pequeño
sea el agujero negro, menor será la distancia que la partícula con energía
negativa tendrá que recorrer antes de convertirse en una partícula real y, por
consiguiente, mayores serán la velocidad de emisión y la temperatura aparente
del agujero negro.
Conforme el agujero negro pierde masa, el área de su
horizonte de sucesos disminuye, pero la consiguiente disminución de entropía
del agujero negro es compensada de sobra pro la entropía de la radiación
emitida, y, así, la segunda ley nunca es violada.
Además, cuanto más pequeña se la masa del agujero
negro, tanto mayor será su temperatura. Así, cuando el agujero negro pierde
masa, su temperatura y su velocidad de emisión aumentan y, por lo tanto, pierde
masa con más rapidez. Pero la suposición más razonable es que desaparecería
completamente en una tremenda explosión final de radiación, equivalente a la
explosión de millones de bombas H.
Un agujero negro con una masa de unas pocas veces la
masa del Sol tendría una temperatura de sólo diez millonésimas de grado por
encima del cero absoluto. Esto es mucho menos que la temperatura de la
radiación de microondas que llena el universo (aproximadamente igual a 2.7
grados por encima del cero absoluto), por lo que tales agujeros negros
emitirían incluso menos de lo que absorben. Si el universo está destinado a
continuar expandiéndose por siempre, la temperatura de la radiación de microondas
disminuirá y con el tiempo será menor que la de un agujero negro de esas
características, que entonces empezaría a perder masa. Pero, incluso en ese
caso, su temperatura sería tan pequeña que se necesitarían aproximadamente un
millón de billones de billones de billones de billones de billones de años (un
1 con sesenta y seis ceros detrás), para que se evaporara completamente. Este
período es mucho más largo que la edad del universo que es sólo de unos diez o
veinte mil millones de años (un 1 ó 2 con diez ceros detrás). Por el contrario,
podrían existir agujeros negros primitivos con una masa mucho más pequeña, que
se formaron debido al colapso de irregularidades en las etapas iniciales del universo.
Estos agujeros negros tendrían una mayor temperatura y emitirían radiación a un
ritmo mucho mayor. Un agujero negro primitivo con una masa inicial de mil
millones de toneladas tendría una vida media aproximadamente igual a la edad
del universo. Los agujeros negros primitivos con masas iniciales menores que la
anterior ya se habrían evaporado completamente, pero aquellos con masas
ligeramente superiores aún estarían emitiendo radiación en forma de rayos X
y rayos gamma. Los rayos X y los rayos
gamma son como las ondas luminosas, pero con una longitud de onda más corta.
Tales agujeros apenas merecen el apelativo de negros: son realmente blancos
incandescentes y emiten energía a un ritmo de unos diez mil megavatios.
Un agujero negro de esas características podría hacer
funcionar diez grandes centrales eléctricas, si pudiéramos aprovechar su
potencia. No obstante, esto sería bastante difícil: ¡el agujero negro tendría
una masa como la de una montaña comprimida en menos de una billonésima de
centímetro, el tamaño del núcleo de un átomo! Si se tuviera uno de estos
agujeros negros en la superficie de la Tierra, no habría forma de conseguir que
no se hundiera en el suelo y llegara al centro de la Tierra. Oscilaría a través
de la Tierra, en uno y otro sentido, hasta que al final se pararía en el
centro. Así, el único lugar para colocar este agujero negro, de manera que se pudiera
utilizar la energía que emite, sería en órbita alrededor de la Tierra, y la
única forma en que se le podría poner en órbita sería atrayéndolo por medio de
una gran masa puesta delante de él, similar a la zanahoria en frente del burro.
Esto no parece una propuesta demasiado práctica, al menos en un futuro
inmediato.
