Charles Sheffield: Las crónicas de McAndrew

¿De dónde proviene esta energía? Los agujeros negros podrán ser misteriosos, pero de todos modos no pensamos que en ellos la energía se cree a partir de la nada.

Obsérvese que hemos dicho agujero negro de Kerr, no de Schwarzschild. La energía que extraemos proviene de la que desarrolla el agujero negro al girar, y si un agujero negro no gira, no hay modo de que podamos extraer energía de él. Como señalaba McAndrew, un agujero negro de Schwarzschild es pesado, es un objeto muerto que no puede emplearse para producir energía. A diferencia de él, el agujero negro de Kerr es una de las fuentes energéticas más eficientes que puedan concebirse, muchísimo más que casi todos los procesos de fusión o fisión nuclear. (Un agujero negro de Kerr-Newman permite realizar el mismo proceso de extracción de energía, aunque hay que ser más cuidadosos, ya que sólo puede utilizarse una parte de la ergosfera.) Si un agujero negro de Kerr-Newman se origina con sólo una pequeña energía de rotación, el proceso de extracción de energía puede revertirse, para incrementar su energía rotativa. A esto se refiere McAndrew cuando habla de «acelerar» la rotación del kernel (spin up). «Desacelerar» (la rotación) es el proceso opuesto mediante el cual se extrae energía (spin down). Un breve trabajo de Christodoulou que apareció en el Physical Review Letters de 1970 analizaba los límites de este proceso, y señalaba que la rotación de un kernel puede acelerarse hasta cierto límite, que se denominó solución Kerr «extrema». Pasado dicho límite (que nunca puede alcanzarse siguiendo el proceso de Penrose) se llega a una solución a las ecuaciones de campo de Einstein. Esto fue obra de Tomimatsu y Sato, quienes lo expusieron en 1972 en otro trabajo de una página en el Physical Review Letters. Indudablemente es una solución de lo más peculiar. No tiene horizonte de acontecimientos, lo cual significa que las actividades que se desarrollan allí no están resguardadas del resto del universo como sucede con los kernels comunes. Y a esta solución se asoció lo que dio en llamarse «singularidad desnuda», donde ya no se aplican las relaciones de causa y efecto. Este curioso objeto fue analizado por Gibbons y Russell-Clark en 1973, en otro trabajo publicado en el Physical Review Letters.

Esto sí que parece dejarnos en buena posición. Hasta ahora todo ha sido coherente con la física actual. Tenemos kernels cuya rotación puede acelerarse y desacelerarse por procedimientos bien definidos, y si concedemos que McAndrew pudiese de algún modo llevar un kernel más allá de su forma extrema, tendríamos algo con una «singularidad desnuda». Parece improbable que pueda existir una condición física semejante, pero en caso de que la hubiera, el espacio-tiempo sería sumamente peculiar en ella. No quedarían garantizadas ciertas direcciones de simetría en el espacio-tiempo —llamadas «vectores de muerte»— que encontramos en todos los agujeros negros de Kerr-Newman. Todo muy bonito.

¿O no?

Oppenheimer y Snyder señalaron que los agujeros negros se originan cuando inmensas masas, más grandes que el Sol, se contraen bajo un colapso gravitacional. Los kernels que nos interesan son mucho más pequeños que éstos: necesitamos poder moverlos alrededor del Sistema Solar, y el campo gravitacional de un objeto de la masa del Sol despedazaría el Sistema. Por desgracia, ni en el trabajo de Oppenheimer —ni en ninguna otra parte— se prescribía cómo crear agujeros negros pequeños.

Por fin, Stephen Hawking acudió al rescate. Afirmó que los agujeros negros, además de originarse a partir de estrellas en contracción, también pudieron crearse en las condiciones extremas de presión que existieron durante el Big Bang que dio principio a nuestro Universo. Es posible por tanto que se hayan originado pequeños agujeros negros de peso inferior a la centésima de miligramo. Al cabo de miles de millones de años, éstos pudieron asociarse unos con otros para producir agujeros negros de mayor tamaño, de cualquier dimensión que uno se pueda imaginar. Al parecer, tenemos el mecanismo que produciría kernels del tamaño deseado.

Por desgracia, Hawking no tardó en quitar lo que él mismo había dado. Tal vez la mayor sorpresa de toda la historia de los agujeros negros se produjo cuando demostró que los agujeros negros no son negros.

La relatividad general y la teoría cuántica se desarrollaron en este siglo, pero nunca se las pudo combinar de modo satisfactorio. Los físicos lo advirtieron, y durante mucho tiempo esto les produjo inquietud. En un intento de lograr lo que John Wheeler denomina «el feroz matrimonio de la relatividad general con la teoría cuántica», Hawking estudió los efectos de la mecánica cuántica en las proximidades de un agujero negro. Halló que del agujero pueden (y deben) emitirse partículas y radiación. Cuanto más pequeño es el agujero, más rápido es el nivel de radiación. Pudo relacionar la masa del agujero negro con la temperatura, y como puede suponerse, un agujero negro «más caliente» emite partículas y radiación mucho más deprisa que uno «frío». Para un agujero de la masa del Sol, la temperatura asociada es menor que la temperatura general del Universo. Un agujero negro así recibe por tanto más de lo que emite, de tal forma que su masa se incrementa cada vez más. Sin embargo, en el caso de un agujero negro pequeño, con los pocos miles de millones de toneladas de masa que deseamos en un kernel, la temperatura es tan alta (diez mil millones de grados) que los agujeros negros emiten un rápido y gigantesco estallido de radiación y partículas. Más aún, un kernel que gire velozmente irradiará sobre todo partículas que disminuyan su momento angular, y uno muy cargado preferirá irradiar partículas cargadas que reduzcan su carga global.

Estos resultados son tan extraños que Hawking dedicó gran parte de 1972 y 1973 a buscar errores en su propio análisis. Sólo cuando realizó todas las verificaciones que se le pudieron ocurrir decidió aceptar la conclusión: después de todo, los agujeros negros no son negros, y los más pequeños son los menos negros.

Esto nos plantea un problema a la hora de utilizar los kernels de energía en un relato. En primer lugar, el argumento de que puede disponerse fácilmente de ellos y de que son restos del nacimiento del Universo ha sido destruido. Y en segundo lugar, es peligroso estar cerca de un agujero negro de Kerr-Newman: emite radiación y partículas de alta energía.

Este es el punto en que se detiene la ciencia de los agujeros negros de Kerr-Newman y deja lugar a la ciencia ficción. En estas historias doy por sentado que existe un proceso natural hasta ahora desconocido que crea agujeros negros de cierto tamaño de forma continua. No pueden crearse demasiado cerca de la Tierra, pues entonces los veríamos. Pero fuera del Sistema Solar conocido hay lugar de sobra… tal vez en la región ocupada por los cometas de período largo, desde allende la órbita de Plutón hasta un año luz del Sol, tal vez.

En segundo lugar, supongo que un kernel puede ser rodeado por un escudo (no de materia sino de campos electromagnéticos) que refleja todas las partículas y radiación emitidas de vuelta hacia el agujero negro. De este modo los seres humanos podrían trabajar cerca de los kernels sin freírse en una tempestad de radiación y partículas de alta energía.

Incluso rodeado por un escudo de estas características, un agujero negro en rotación seguiría siendo observable por alguien cercano. Se sentiría su campo gravitacional, y produciría un curioso efecto conocido como «arrastre inercial».

Ya hemos indicado que el interior de un agujero negro está completamente resguardado del resto del Universo, de tal forma que uno nunca puede saber qué ocurre dentro de él. Es como si el interior de un agujero negro fuese un Universo separado, posiblemente con sus propias leyes físicas. El «arrastre inercial» se une a esta idea. Estamos acostumbrados a la noción de que cuando hacemos girar algo es con relación a un marco de referencia bien definido y determinado. Newton señaló en sus Principia Mathematica que un cubo de agua en rotación, a partir de la forma de la superficie del agua, pone en evidencia una rotación «absoluta» relativa a las estrellas. Esto es cierto en la Tierra, en la galaxia de Andrómeda o en el Cúmulo de Virgo. Pero no se verifica cerca de un agujero negro en rotación.