Agujeros negro, blancos y reversibilidad temporal

[javisot20]

Saludos, no entiendo una afirmación sobre agujeros blancos(AB) del link de wikipedia https://es.m.wikipedia.org/wiki/Agujero_blanco, pero también se lo escuché decir a muchos físicos.

"Por ello se define un agujero blanco como el reverso temporal de un agujero negro: el agujero negro absorbe a su interior a la materia. En cambio el agujero blanco la expulsa."

La interpretación más sencilla es que la vida y evolución de un AN analizada en sentido opuesto es equivalente a la vida y evolución de un AB.
¿Eso es lo que quiere decir que un AB sea el reverso temporal de un AN o es más complicado?

[Weip]

Hola javisot20.

De la misma manera que puedes plantear revertir la flecha del tiempo en el movimiento de un coche y entonces iría marcha atrás, también puedes plantear revertir la flecha del tiempo de un agujero negro. A esto se le llama "inversión temporal". Hay leyes de la física que son simétricas respecto la inversión temporal, se quedan igual, como un péndulo en el vacío: ¿Cómo sabes si el tiempo va hacia adelante o estoy poniendo una película al revés? Hay otras que no se quedan igual, como el coche. Y otro ejemplo es un agujero negro. Como atravesar el horizonte solo se puede hacer en una dirección, hacia dentro, al aplicar la inversión temporal el agujero negro pasa a ser un agujero blanco, se atraviesa el horizonte solo hacia fuera.

[javisot20]

Gracias por ayudarme con esta duda weip, no iba mal encaminado del todo entonces. Simplemente no puede haber agujeros blancos en el sentido de la flecha del tiempo y termodinámica que experimentamos.

Si analizamos la vida del universo en el sentido que lo experimentamos tenemos el "hot and dense state" al principio y un desierto de agujeros negros evaporándose al final, que en sentido opuesto tendríamos agujeros blancos expulsando materia sin parar hasta llegar al "hot and dense state", ¿cierto?.

[Weip]

Sí exacto, ese es el concepto.

[javisot20]

Me chirría un tema Weip, aceptando el paradigma de consenso (hot and dense state---muerte térmica) y haciendo un análisis inverso de la evolución del universo,
¿la contracción acelerada depende de la tasa de expulsión de materia de dichos agujeros blancos?

(Hemos dicho que la expulsión de materia de esos agujeros blancos lleva al universo al hot and dense state, de manera acelerada podemos añadir)

[Weip]

Hola de nuevo javisot20, la verdad es que no creo que afecte de manera apreciable. Míralo al revés: ¿Cómo afecta a la expansión del universo la materia que cae dentro de un agujero negro? Al final un agujero negro es un ente de escalas astrofísicas, mientras que la expansión del universo actúa en escalas cosmológicas. La materia que cae al agujero negro hará aumentar la curvatura del espaciotiempo en esa zona pero lo hace de forma tan localizada que no tendrá cambio apreciable para el universo, pues a grandes escalas seguirá siendo plano. De la misma manera si hacemos evolucionar el universo hacia atrás verás que los agujeros negros se convierten en agujeros blancos que expulsan materia, pero seguirá siendo despreciable para la contracción del universo.

[javisot20]

De la misma manera si hacemos evolucionar el universo hacia atrás verás que los agujeros negros se convierten en agujeros blancos que expulsan materia, pero seguirá siendo despreciable para la contracción del universo.

Imagina que dichos agujeros blancos (obviando que estamos analizando el universo al revés) no expulsaran materia por lo que fuese, tampoco se alcanzaría el hot and dense state. En la historia inversa del universo parece fundamental que los agujeros blancos expulsen materia para alcanzar el hot an dense state.

Entiendo que quieres señalar que, en el sentido normal de la flecha del tiempo, la tasa de acreción de los agujeros negros no tiene nada que ver con la expansión acelerada, por tanto la tasa de expulsión de materia de los agujeros blancos no tiene nada que ver con la contracción acelerada. Pero reconocerás que en sentido inverso parece razonable la relación entre agujeros blancos expulsando materia y alcanzar el hot and dense state, más o menos rápido.


Podemos suponer que los agujeros negros no tiene la misma probabilidad de tragar materia durante la vida del universo. Al final de la vida del universo con la muerte térmica la probabilidad de tragar materia debe ser mínima, por ello se evaporarán. En sentido inverso es interpretable como que los agujeros blancos tiene una tasa de expulsión acelerada, relacionada con la probabilidad de acretar materia de los agujeros negros.


(Entiendo que estamos en el límite del paradigma, intento respetarlo y simplemente preguntar por un análisis invertido de final a principio, no desde día de hoy a principio)((gracias por la paciencia Weip))

[Weip]

Imagina que dichos agujeros blancos (obviando que estamos analizando el universo al revés) no expulsaran materia por lo que fuese, tampoco se alcanzaría el hot and dense state. En la historia inversa del universo parece fundamental que los agujeros blancos expulsen materia para alcanzar el hot an dense state.

Mmm... Creo que necesitaría saber qué entendemos por hot and dense state. Tirando la película marcha atrás sucede que la energía oscura va perdiendo su dominio de la expansión del universo independientemente de si los agujeros blancos expulsan o no materia. Llega un punto en que la materia y la radiación dominarán esta expansión, y finalmente llegaremos al universo temprano, que es lo que yo entiendo por hot and dense state. El efecto que puede provocar los agujeros blancos expulsando materia no es suficiente como para influir en los parámetros cosmológicos que controlan la contracción a mi modo de ver porque pertenecen a escalas totalmente distintas. Es decir, el impacto que pueda tener un agujero negro o blanco en la densidad de materia del universo o en el parámetro de curvatura es muy pequeño.

No sé si interpreto tus palabras correctamente o no, ya me dirás.

[javisot20]

No sé si interpreto tus palabras correctamente o no, ya me dirás.

Las has interpretado perfectamente, diría que tenemos varios acuerdos,


-Primero es el hot and dense state.

-La muerte térmica es una consecuencia directa de tomar el paradigma de consenso y suponer que nada frena la expansión acelerada.

-Podemos analizar la evolución del universo en sentido contrario, los agujeros negros pasan a ser interpretados como agujeros blancos y la expansión acelerada pasa a ser interpretada como contracción acelerada.

-El universo en sentido inverso alcanza el hot and dense state.


Hasta aquí estamos deacuerdo y dentro del consenso científico, entonces me surge la duda sobre la contracción acelerada y los agujeros blancos. Me parece correcta tu objeción, la acreción de materia de los agujeros negros no influye en la expansión acelerada, siendo lógico suponer que la expulsión de materia de los agujeros blancos tampoco debe influir en la contracción acelerada, por pura simetría.

Tengo dudas sobre eso, analizar un AN de Schwarzschild no es lo mismo que analizar un AN de Kerr. ¿Puede haber discrepancias entre la materia que acreta un AN(de Kerr) y la materia que expulsa su AB asociado?

Podría ser que la tasa de acreción coincida con la tasa de expulsión en el caso del AN de Schwarzschild y su reverso, pero que coincida para todo agujero negro...habría que demostrarlo.

[Weip]

Tengo dudas sobre eso, analizar un AN de Schwarzschild no es lo mismo que analizar un AN de Kerr. ¿Puede haber discrepancias entre la materia que acreta un AN(de Kerr) y la materia que expulsa su AB asociado?

Podría ser que la tasa de acreción coincida con la tasa de expulsión en el caso del AN de Schwarzschild y su reverso, pero que coincida para todo agujero negro...habría que demostrarlo.

La verdad es que no lo sé. Hasta ahora hemos hablado a nivel de agujeros negros clásicos pero recuerdo hace tiempo leer algun paper sobre esto porque al invertir la flecha del tiempo hay consideraciones termodinámicas de manera que había problemas para que el agujero blanco expulsara materia al mismo ritmo que el agujero negro... pero no me hagas mucho caso porque no me acuerdo y tampoco he podido encontrar el paper.

Así pues no te puedo ayudar, pero sí me gustaría comentar que, en realidad, es difícil caer en un agujero negro. Es mucho más fácil orbitarlo. Aún cuando imaginamos discos de acreación gigantestos y la idea de los agujeros negros como devoradores de estrellas nos motive mucho, creo que son situaciones complicadas que se den: el universo es demasiado grande. El porcentaje de materia y radiación que pueda caer en él vs el porcentaje que orbita debe estar muy desequilibrado.

[javisot20]

Curiosidad, Francis patinando en el minuto 3:04:50 https://www.youtube.com/live/leh-0lAtS5o?feature=shared, la última pregunta de todas.

La pregunta es sencilla, ¿existen discrepancias entre la acreción de un agujero negro y la expulsión de su inverso temporal?

Concluyo que,

1- Francis no entendió la pregunta (y mira que no es compleja ni larga)

2- No volveré a preguntarle jamás a Francis sobre agujeros blancos, prefiero preguntarle de lo que sabe.

[Weip]

Bueno, Francis escogió la respuesta aburrida: los agujeros blancos no existen y ya está. Siendo el final del programa prefirió dar carpetazo a la pregunta. En verdad la respuesta es normal porque hay muy poca cosa hecha en el tema de agujeros blancos. Como seguramente no se pueden realizar físicamente, no se han estudiado demasiado. Yo diría que clásicamente son reversos temporales perfectos de los agujeros negros con lo que no deberían haber diferencias entre acreción y expulsión. Cuánticamente seguramente sí hayan diferencias pero como ya comenté los detalles se me escapan. Uno de los pocos que han estudiado seriamente los agujeros blancos es Carlo Rovelli, quizás puede resultarte interesante leerle o escucharle acerca del tema, aunque en mi opinión todo esto es demasiado especulativo como para sacar conclusiones en claro.

[javisot20]

Reconozco que me molestó que tachase la pregunta de incorrecta, no existirá solución todavía pero es una pregunta normal (soy experto en preguntas incorrectas...). Comparto tu suposición Weip de no existir dichas discrepancias en el caso de Schwarszchild al ser una solución de vacío, luego puede que se cumpla para todo tipo de agujero negro o no.

Suponiendo que ya en agujeros negros de Kerr existan discrepancias y teniendo en cuenta que los agujeros negros del universo son de Kerr el tema puede tener su importancia. Gracias por tu ayuda y la referencia de Carlo Rovelli, no tengo muchos hilos de los que tirar.

[javisot20]

Francis ofrece una respuesta más extendida en el último episodio de CB https://www.youtube.com/live/ItSMPMQ-BYY?feature=shared hacia el final. Algunas apreciaciones:

-Está deacuerdo en la existencia de simetría en el caso de Schwarszchild pero no está deacuerdo en calificarla de trivial.

-Acepta la interpretación literal de los agujeros blancos como inversos temporales de los agujeros negros de Schwarszchild, añade que es el único caso en el que existe agujero blanco.

-Comenta que nadie ha construido nunca un agujero blanco de tipo Kerr al romper la simetría temporal, precisamente es la respuesta a la pregunta, existe discrepancia.

-Afirma que en el caso general de Kerr en lugar de un agujero blanco tendríamos un agujero negro de otro universo. La relatividad general no predice el multiverso por tanto dicha afirmación no procede.


Me cuesta entender que al analizar la evolución de un AN de Kerr del universo en un sentido o en el otro siempre veamos un AN, entendiendo por AN tragar en lugar de expulsar. ¿Dirías Weip que eso es correcto?, ¿al analizar la evolución del universo en sentido opuesto los agujeros negros de Kerr siguen acretando en lugar de expulsar y además acretan materia de otro universo?

No parece tener ningún sentido.

[Weip]

Hola de nuevo. Habiendo escuchado la explicación actualizada de Francis hago un par de comentarios. Antes decir, vi que ayer justamente se subió a Youtube una conferencia de Carlo Rovelli sobre agujeros blancos. No creo que ahí encuentres respuesta a tus preguntas pero de todas formas seguro que es interesante, aún no la he podido ver por eso.

-Está deacuerdo en la existencia de simetría en el caso de Schwarszchild pero no está deacuerdo en calificarla de trivial.

El término "trivial" sufre siempre a causa de su poca concreción. Dependiendo del contexto $2+2=4$ es trivial porque está muy relacionado con nuestra vida cotidiana, pero si estamos estudiando los fundamentos de la aritmética sucede que demostrar $2+2=4$ acaba siendo toda una aventura. En este contexto entiendo que el concepto de agujero blanco de Schwarzschild es trivial en el sentido de coger un agujero negro y verlo marcha atrás, pero no es trivial en el sentido de que para ver esto con el debido rigor científico hay que resolver las ecuaciones de Einstein, tarea que siempre es compleja y costosa. Por tanto este punto es más terminología y opinión.

-Comenta que nadie ha construido nunca un agujero blanco de tipo Kerr al romper la simetría temporal, precisamente es la respuesta a la pregunta, existe discrepancia.

Estoy de acuerdo con las explicaciones de Francis excepto, quizás, por las conclusiones. Entiendo que él analiza un agujero blanco físico que no puede existir en la naturaleza, eso lo comparto. Pero elige muy cuidadosamente sus palabras cuando realmente en estos contextos no hay un lenguaje tan estricto como parece que da a entender. Cuando Francis está hablando imagina la situación en los llamados diagramas de Penrose. Estos diagramas sirven para visualizar cuestiones de causalidad de un espaciotiempo. Por ejemplo en esta web se pueden ver los diagramas de Penrose de diversos agujeros negros. Como se puede ver allí el infinito pasado de un universo con un agujero negro corresponde al antihorizonte de un agujero blanco:

Por supuesto, esto forma parte de la solución matemática a las ecuaciones de Einstein, pero entendemos que las regiones que se realizan físicamente son las del universo y el agujero negro solamente. También existe un diagrama de Penrose para un universo con un agujero negro de Kerr:

En esta solución de alguna manera se puede ir transitando de universo a agujero negro, luego a un agujero blanco a través de un agujero de gusano, y volver a salir a un universo. De esta manera hay regiones con antihorizontes. Entiendo que Francis tiene reparo de llamar agujero blanco a estas regiones o considerarlas parte de la solución de agujero negro de Kerr, pero en el fondo, no deja de ser terminología.

-Afirma que en el caso general de Kerr en lugar de un agujero blanco tendríamos un agujero negro de otro universo. La relatividad general no predice el multiverso por tanto dicha afirmación no procede.

Se llama universo o universo paralelo a las otras regiones que no son nuestro universo pero que aparecen en las soluciones matemáticas de estas soluciones. Esto no es una predicción del multiverso, sino simplemente una consecuencia matemática. Si lo quieres, de la misma forma que en una ecuación de segundo grado obtienes dos soluciones y a veces una se descarta por no ser física, la relatividad general también da dos universos como solución, pero uno se descarta por no ser físico. De hecho en el diagrama de Kerr hay infinitos universos, pero no son físicos necesariamente, y así se suele interpretar.

Me cuesta entender que al analizar la evolución de un AN de Kerr del universo en un sentido o en el otro siempre veamos un AN, entendiendo por AN tragar en lugar de expulsar. ¿Dirías Weip que eso es correcto?, ¿al analizar la evolución del universo en sentido opuesto los agujeros negros de Kerr siguen acretando en lugar de expulsar y además acretan materia de otro universo?

No parece tener ningún sentido.

Yo creo que el análogo de lo que quieres preguntar es filmar un agujero negro y luego ver el vídeo marcha atrás. En este sentido siempre podrás llamar agujero blanco a lo que estás viendo. En cambio Francis tira más por el agujero blanco físico. Todo lo que ha dicho es estrictamente correct y estoy de acuerdo con él, pero hay sutilezas de lenguaje que salvan o descartan tu pregutna dependiendo como lo mires.

[javisot20]

Yo creo que el análogo de lo que quieres preguntar es filmar un agujero negro y luego ver el vídeo marcha atrás. En este sentido siempre podrás llamar agujero blanco a lo que estás viendo. En cambio Francis tira más por el agujero blanco físico. Todo lo que ha dicho es estrictamente correct y estoy de acuerdo con él, pero hay sutilezas de lenguaje que salvan o descartan tu pregutna dependiendo como lo mires.

Ese es el punto por el que pregunto y no otro. He visto la última charla de Carlo, Francis incluso Carlo separan continuamente el agujero blanco del agujero negro. Tú entendiste perfectamente la pregunta pero no aprecio en tí esa sensación de intentar separar ambos objetos. Lo has expresado perfectamente, "grabamos" un agujero negro de kerr en un sentido y al rebobinar vemos un agujero blanco de Kerr. Francis dice textualmente que eso no es así y deberíamos ver un AN de otro universo, palabras textuales que supongo incorrectas aunque una solución teórica y descartable diga eso.

La ruptura de la simetría temporal que comenta Francis hace que construir el AB de Kerr asociado a cierto AN de kerr sea controvertido y todavía nadie sepa cómo hacerlo de manera general, pero que al rebobinar la película de un AN de Kerr vemos es un AB de Kerr entiendo que es correcto

Geniales aportes Weip.