Para entender qué es una singularidad, imagina la fuerza de la gravedad comprimiéndote en un punto infinitamente pequeño, de modo que literalmente no ocupes ningún volumen. Eso suena imposible… y lo es. Estas «singularidades» se encuentran en los centros de los agujeros negros y al comienzo del Big Bang . Estas singularidades no representan algo físico. Más bien, cuando aparecen en matemáticas , nos dicen que nuestras teorías de la física se están desmoronando y que debemos reemplazarlas con una mejor comprensión.
Las singularidades pueden ocurrir en cualquier lugar y son sorprendentemente comunes en las matemáticas que los físicos usan para comprender el universo. En pocas palabras, las singularidades son lugares donde las matemáticas «se comportan mal», generalmente al generar valores infinitamente grandes. Hay ejemplos de singularidades matemáticas a lo largo de la física: por lo general, cada vez que una ecuación usa 1/X, cuando X tiende a cero, el valor de la ecuación tiende a infinito.
Sin embargo, la mayoría de estas singularidades generalmente se pueden resolver señalando que a las ecuaciones les falta algún factor, o notando la imposibilidad física de alcanzar el punto de singularidad. En otras palabras, probablemente no sean «reales».
Pero hay singularidades en la física que no tienen resoluciones simples. Las más famosas son las singularidades gravitatorias, los infinitos que aparecen en la relatividad general (GR) de Einstein, que actualmente es nuestra mejor teoría sobre cómo funciona la gravedad.
En relatividad general, hay dos tipos de singularidades: singularidades coordinadas y singularidades verdaderas. Las singularidades de coordenadas ocurren cuando aparece un infinito en un sistema de coordenadas (una elección particular para registrar separaciones en tiempo y espacio) pero desaparece en otro.
Por ejemplo, el físico Karl Schwarzschild aplicó la relatividad general al sistema simple de una masa esférica, como una estrella. Encontró que la solución contenía dos singularidades, una en el mismo centro y otra a cierta distancia del centro, lo que hoy se conoce como el radio de Schwarzschild. Durante muchos años, los físicos pensaron que ambas singularidades señalaban fallas en la teoría, pero no importaba mientras el radio de la masa esférica fuera mayor que el radio de Schwarzschild. Todo lo que los físicos necesitaban era que GR predijera la influencia gravitacional fuera de la masa.
Pero, ¿Qué sucedería si un objeto se comprimiera por debajo de su propio radio de Schwarzschild? Entonces esa singularidad estaría fuera de la masa y significaría que GR se está descomponiendo en una región en la que no debería.
Pronto se descubrió que la singularidad en el radio de Schwarzschild era una singularidad coordinada. Un cambio en los sistemas de coordenadas elimina la singularidad, salvando a GR y permitiéndole seguir haciendo predicciones válidas.
Pero la singularidad en los centros de masas esféricas permaneció. Si aprietas un objeto por debajo de su radio de Schwarzschild, entonces su propia gravedad se vuelve tan intensa que sigue apretándose por sí mismo, hasta llegar a un punto infinitamente pequeño.
Durante décadas, los físicos debatieron si era posible un colapso en un punto infinitamente pequeño o si alguna otra fuerza podía evitar el colapso total. Mientras que las enanas blancas y las estrellas de neutrones pueden sostenerse indefinidamente, cualquier objeto más grande que unas seis veces la masa del sol tendrá demasiada gravedad, abrumando a todas las demás fuerzas y colapsando en un punto infinitamente pequeño: una verdadera singularidad.
¿Qué hay realmente en el centro de un agujero negro?
Debido a que son singularidades matemáticas, nadie sabe qué hay realmente en el centro de un agujero negro. Para entenderlo, necesitamos una teoría de la gravedad más allá de GR. Específicamente, necesitamos una teoría cuántica de la gravedad, una que pueda describir el comportamiento de la gravedad fuerte a escalas muy pequeñas.
Las hipótesis que modifican o reemplazan la relatividad general para darnos un reemplazo de la singularidad del agujero negro incluyen estrellas de Planck (una forma de materia exótica altamente comprimida), gravastars (una capa delgada de materia sostenida por gravedad exótica) y estrellas de energía oscura (una forma exótica de materia). exótico estado de energía del vacío que se comporta como un agujero negro). Hasta la fecha, todas estas ideas son hipotéticas, y una respuesta verdadera debe esperar una teoría cuántica de la gravedad.
