Entrar en un agujero negro, saltar a otro universo --- con preguntas

Déjame intentar una respuesta más de "ciencia popular" (¡Ron, por favor, sé amable conmigo!).

En GR una geodésica es el camino seguido por un objeto en movimiento libre. No hay nada especialmente complejo en esto; si lanzas una piedra (en el vacío para evitar la resistencia del aire) sigue una geodésica. Si el universo está simplemente conectado, esperaría poder llegar a cualquier lugar y regresar siguiendo las geodésicas.

Sin embargo, en un agujero negro estático, descrito por la geometría de Schwartzchild, sucede algo extraño con las geodésicas. En primer lugar, cualquier cosa que siga a una geodésica a través del horizonte de eventos no puede regresar por donde vino y, en segundo lugar, todas las geodésicas que pasan por el horizonte de eventos terminan en un solo punto, es decir, la singularidad en el centro del agujero negro.

Si ahora gira el agujero negro, o le agrega carga eléctrica, o ambas cosas, puede encontrar geodésicas que pasan a través de los horizontes de eventos (¡ahora hay dos!), perder la singularidad y viajar de regreso fuera del agujero negro. otra vez.

Pero, y aquí es donde entra la idea de los universos separados, ahora no puedes encontrar ninguna geodésica que te lleve de vuelta a tu punto de partida. Así que pareces estar de vuelta en el universo normal pero estás en una región que está desconectada de donde empezaste. ¿Significa esto que es un "universo separado"? Eso es realmente una cuestión de terminología, pero yo diría que no. Después de todo, solo llegaste navegando, no pasaste por ningún portal del tipo tan querido por las películas de ciencia ficción. Y no hay razón para pensar que la física es diferente donde terminaste que donde empezaste.

Si está interesado en continuar con esto, le recomiendo encarecidamente Las fronteras cósmicas de la relatividad general de William J. Kaufmann. Afirma ser una guía para profanos, pero pocos profanos que conozco podrían entenderlo. Sin embargo, si conoce SR, no debería tener ningún problema con él.

Este problema está resuelto en gran medida hoy: no puedes ir a otro universo desconectado, pero estás atrapado en el agujero negro o resurges en este universo . La razón es la propiedad sin pérdida de información. Si el material pudiera ir entre universos desconectados, la información sobre el estado de este material se perdería permanentemente en el otro universo. Hawking, de hecho, ha admitido recientemente que esta idea fue la principal motivación para su propuesta inicial de que la radiación de Hawking es perfectamente térmica y no codifica información sobre cosas que caen. Esta sería una señal definitiva de que el agujero negro se está vinculando a un universo desconectado.

La razón por la que la gente esperaba poder viajar a otro universo es porque un agujero negro giratorio genérico tiene tres regiones. La forma más fácil de ver la estructura es considerar un agujero negro cargado, que es cualitativamente igual, pero esféricamente simétrico. La métrica tiene f(r) en la parte dt y 1/f(r) en la parte dr, con$f(r) = 1 - a/r + b/r^2$, donde b es el cuadrado de la carga eléctrica y a es la mitad de la masa.

Los ceros del componente de tiempo de la métrica le indican la posición en r del horizonte. Hay un horizonte exterior y un horizonte interior (el tercer cero tiene valores negativos de r y no es físico). El horizonte exterior es un horizonte de eventos --- una vez que lo cruzas, te ves forzado hacia adentro. El horizonte interior es un horizonte de Cauchy, una vez que cruzas este horizonte, ves la singularidad en r=0.

La gravedad se vuelve repelente en r dentro del horizonte interior. Luego, la partícula que cae es empujada hacia afuera, para cruzar el horizonte de Cauchy en el otro sentido, y luego cruza el horizonte de eventos en el otro sentido, pero considerando ahora el horizonte de eventos como un horizonte de agujero blanco. Clásicamente, cada una de las regiones está desconectada, no hay identificación entre ellas. Para que vayas de nuestro universo al interior, luego a la parte interna, luego al interior del agujero blanco, luego a otro universo desconectado.

En la década de 1970, los horizontes del agujero blanco y el agujero negro se consideraban distintos, de modo que un agujero negro sería una cosa y un agujero blanco otra. Pero el propio Hawking notó que los estados de equilibrio térmico son invariantes bajo la inversión del tiempo, de modo que al invertir el tiempo de un agujero negro en equilibrio con la radiación, descubres que un agujero negro y un agujero blanco son en realidad lo mismo, una vez que la mecánica cuántica, pero en una perspectiva diferente. .

No se entiende el proceso de caída completo, porque nadie ha rastreado la materia que cae a través de un agujero negro en AdS/CFT (aunque está fuera de alcance, la gente está trabajando en ello). El resultado (creo) es que la materia que cae hace el circuito clásico y sale del horizonte de eventos en un tiempo que es 1/hbar, de modo que el tiempo de tránsito diverge clásicamente. Pero esto no está respaldado por ningún cálculo detallado, solo por vaguedades vagas en los modelos AdS/CFT. Los únicos cálculos en la literatura hacen la afirmación (igualmente sin fundamento) de que el agujero negro absorbe el material que cae de forma irreversible, sin escupirlo. Estoy bastante seguro de que esto no es cierto, lo escupe en este universo, si es así, a veces se refleja CPT, por lo que sale antimateria.

Especulé que esta podría ser la razón de la señal antielectrónica anómala observada recientemente por satélites cerca del centro galáctico. Un agujero negro astrofísico en rotación podría ser una abundante fuente de antimateria.