Cada agujero negro contiene un nuevo universo

Nuestro universo puede existir dentro de un agujero negro. Puede sonar extraño, pero en realidad podría ser la mejor explicación de cómo empezó el universo y de lo que observamos hoy en día. Es una teoría que ha sido explorada durante las últimas décadas por un pequeño grupo de físicos entre los que me incluyo.

Por exitosa que sea, la teoría estándar del big bang, que sugiere que el universo comenzó como una "singularidad" aparentemente imposible, un punto infinitamente pequeño que contenía una concentración infinitamente alta de materia, y que se expandió en tamaño hasta lo que observamos hoy, tiene notables cuestiones sin resolver. La teoría de la inflación, una expansión ultrarrápida del espacio propuesta en las últimas décadas, aclara muchos detalles importantes, como por qué pequeños grumos en la concentración de materia en el universo primitivo se fusionaron en grandes cuerpos celestes como galaxias y cúmulos de galaxias.

Pero estas teorías dejan importantes cuestiones sin resolver. Por ejemplo: ¿Qué inició el Big Bang? ¿Qué provocó el final de la inflación? ¿Cuál es la fuente de la misteriosa energía oscura que aparentemente hace que el universo acelere su expansión?

La idea de que nuestro universo está totalmente contenido en un agujero negro da respuesta a estos problemas y a muchos más. Elimina la noción de singularidades físicamente imposibles en nuestro universo. Y se basa en dos teorías centrales de la física.

La primera es la relatividad general, la teoría moderna de la gravedad. Describe el universo a las escalas más grandes. Cualquier acontecimiento en el universo se produce como un punto en el espacio y el tiempo, o espaciotiempo. Un objeto masivo como el Sol distorsiona o "curva" el espaciotiempo, como una bola de bolos sobre un lienzo. La mella gravitatoria del Sol altera el movimiento de la Tierra y de los demás planetas que orbitan a su alrededor. La atracción del Sol sobre los planetas nos parece la fuerza de la gravedad.

La segunda es la mecánica cuántica, que describe el universo a las escalas más pequeñas, como el nivel del átomo. Sin embargo, la mecánica cuántica y la relatividad general son actualmente teorías separadas; los físicos se han esforzado por combinar ambas con éxito en una única teoría de la "gravedad cuántica" para describir adecuadamente fenómenos importantes, incluido el comportamiento de las partículas subatómicas en los agujeros negros.

Una adaptación de la década de 1960 de la relatividad general, denominada teoría de la gravedad de Einstein-Cartan-Sciama-Kibble, tiene en cuenta efectos de la mecánica cuántica. No sólo proporciona un paso hacia la gravedad cuántica, sino que también conduce a una imagen alternativa del universo. Esta variación de la relatividad general incorpora una importante propiedad cuántica conocida como espín. Las partículas, como los átomos y los electrones, poseen espín, o momento angular interno análogo al de un patinador que gira sobre el hielo.

En esta imagen, los espines de las partículas interactúan con el espaciotiempo y lo dotan de una propiedad llamada "torsión". Para comprender la torsión, imagina el espaciotiempo no como un lienzo bidimensional, sino como una varilla flexible unidimensional. Doblar la varilla corresponde a curvar el espaciotiempo, y retorcer la varilla corresponde a la torsión del espaciotiempo. Si una varilla es fina, puedes doblarla, pero es difícil ver si está torcida o no.

La torsión del espaciotiempo sólo sería significativa, por no decir perceptible, en el universo primitivo o en los agujeros negros. En estos entornos extremos, la torsión del espaciotiempo se manifestaría como una fuerza repulsiva que contrarresta la fuerza gravitatoria atractiva procedente de la curvatura del espaciotiempo. Como en la versión estándar de la relatividad general, las estrellas muy masivas acaban colapsando en agujeros negros: regiones del espacio de las que nada, ni siquiera la luz, puede escapar.

He aquí cómo actuaría la torsión en los momentos iniciales de nuestro universo. Al principio, la atracción gravitatoria del espacio curvado vencería a las fuerzas repulsivas de la torsión, lo que serviría para colapsar la materia en regiones más pequeñas del espacio. Pero con el tiempo la torsión se haría muy fuerte e impediría que la materia se comprimiera en un punto de densidad infinita; la materia alcanzaría un estado de densidad extremadamente grande pero finita. Como la energía puede convertirse en masa, la energía gravitatoria inmensamente alta en este estado extremadamente denso provocaría una intensa producción de partículas, aumentando enormemente la masa en el interior del agujero negro.

El número creciente de partículas con espín daría lugar a mayores niveles de torsión del espaciotiempo. La torsión repulsiva detendría el colapso y crearía un "gran rebote", como una pelota de playa comprimida que se rompe hacia fuera. El rápido retroceso tras un rebote tan grande podría ser lo que ha dado lugar a nuestro universo en expansión. El resultado de este retroceso coincide con las observaciones de la forma, geometría y distribución de la masa del universo.

A su vez, el mecanismo de torsión sugiere un escenario asombroso: cada agujero negro produciría un nuevo universo bebé en su interior. Si eso es cierto, entonces la primera materia de nuestro universo procedió de otro lugar. Así que nuestro propio universo podría ser el interior de un agujero negro existente en otro universo. Del mismo modo que no podemos ver lo que ocurre en el interior de los agujeros negros del cosmos, ningún observador del universo padre podría ver lo que ocurre en el nuestro.

El movimiento de la materia a través del límite del agujero negro, denominado "horizonte de sucesos", sólo se produciría en una dirección, lo que proporcionaría una dirección del tiempo que percibimos como un avance. Por tanto, la flecha del tiempo en nuestro universo se heredaría, por torsión, del universo padre.

La torsión también podría explicar el desequilibrio observado entre materia y antimateria en el universo. Debido a la torsión, la materia se descompondría en los conocidos electrones y quarks, y la antimateria se descompondría en "materia oscura", una misteriosa forma invisible de materia que parece representar la mayor parte de la materia del universo.

Por último, la torsión podría ser la fuente de la "energía oscura", una misteriosa forma de energía que impregna todo el espacio y aumenta el ritmo de expansión del universo. La geometría con torsión produce de forma natural una "constante cosmológica", una especie de fuerza añadida hacia el exterior que es la forma más sencilla de explicar la energía oscura. Así pues, la expansión acelerada observada del universo puede acabar siendo la prueba más sólida de la torsión.

Por tanto, la torsión proporciona una base teórica para un escenario en el que el interior de cada agujero negro se convierte en un nuevo universo. También aparece como un remedio a varios problemas importantes de la teoría actual de la gravedad y la cosmología. Los físicos aún tienen que combinar plenamente la teoría de Einstein-Cartan-Sciama-Kibble con la mecánica cuántica en una teoría cuántica de la gravedad. Aunque resuelve algunas cuestiones importantes, plantea otras nuevas. Por ejemplo, ¿qué sabemos del universo padre y del agujero negro en cuyo interior reside nuestro propio universo? ¿Cuántas capas de universos padres tendríamos? ¿Cómo podemos probar que nuestro universo vive en un agujero negro?

La última cuestión puede investigarse potencialmente: puesto que todas las estrellas y, por tanto, los agujeros negros giran, nuestro universo habría heredado el eje de rotación del agujero negro padre como "dirección preferida". Recientemente se han publicado algunas pruebas, procedentes de estudios de más de 15.000 galaxias, de que en un hemisferio del universo hay más galaxias espirales "zurdas", o que giran en el sentido de las agujas del reloj, mientras que en el otro hemisferio hay más "derechas", o que giran en sentido contrario a las agujas del reloj. En cualquier caso, creo que incluir la torsión en la geometría del espaciotiempo es un paso correcto hacia una teoría cosmológica de éxito.

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