Partimos de un consenso: la luz curva el espacio-tiempo y, en consecuencia, genera gravedad. Imaginemos ahora que conseguimos concentrar suficiente cantidad de luz en un volumen minúsculo. En teoría, esa acumulación de energía podría colapsar y formar un agujero negro. Sería un agujero negro formado por luz. ¿Es solo una bella quimera?
El pionero de esta idea fue el recordado John Archibald Wheeler, el mismo que acuñó el término de agujero negro. No sólo quedaron en eso sus genialidades, también dejó una frase para la historia: “La materia dice al espacio cómo moverse y el espacio le dice a la materia cómo curvarse”. Aún no ha surgido forma más bella de condensar cualquier curso introductorio a la teoría de la relatividad de Einstein.
Pero como esa teoría muestra la equivalencia entre materia y energía, podemos aprovecharlo para jugar un poco. Para ello tomamos la frase original y, donde decía materia, decimos energía de la luz. Fue esa la senda por la que Wheeler pensó en agujeros negros hechos de luz, a los que llamó geones.
El truco para hacer agujeros negros
Hay una manera sencilla de entender el truco para formar un agujero negro de esas características. Imaginemos que estamos concentrando la luz del Sol sobre un papel usando una lupa. Con ese método es posible alcanzar temperaturas de 1 000 grados Celsius, tan altas como para fundir el oro. El papel acaba ardiendo dejando un punto negro claramente distinguible. ¿Y si hacemos lo mismo reemplazando el papel por el espacio-tiempo? El rastro carbonizado sería nada más y nada menos que un agujero negro hecho de luz.
Un agujero negro, esa singularidad en el tejido del universo, se forma cuando se comprime suficiente masa en un volumen diminuto. Y semejante concentración de materia no deja escapar ningún rayo de luz que se genere en su interior y que tenga espíritu aventurero. No habrá ni uno solo que pueda cruzar lo que llamamos el horizonte del agujero negro.
Convertir la Tierra en un agujero negro
¿Y podría servirnos la Tierra como embrión de una zona tan exótica y singular del espacio-tiempo? Sí, claro, esa fantasía sería posible si hubiera manera de apretujar nuestro planeta hasta que tuviera el tamaño de una canica. Y si quisiéramos hacer lo mismo con un ser humano, habría que miniaturizarlo hasta hacerlo menor que cualquier partícula subatómica conocida.
Rescatando la equivalencia entre masa y energía podemos profundizar en la idea de agujeros negros luminosos. A primera vista parecería sencillo crearlos, pero la naturaleza no es siempre tan simple como deseamos. Las energías involucradas en el proceso son tan altas que la física cuántica se torna muy relevante. Y puede dar lugar a efectos que contrarresten la focalización de los rayos necesaria para concentrar mucha energía en un punto.
La cuántica importa
Son varios los fenómenos cuánticos que impedirían que se forme la bella quimera que estamos imaginando. Uno de ellos es el efecto Schwinger. Su nombre honra a uno de los pioneros del estudio de la interacción entre la luz y las partículas cargadas, un campo denominado electrodinámica cuántica que muestra que el vacío es en realidad dinámico, un entorno burbujeante en el que surgen continuamente pares de partículas y antipartículas. De esa forma, el número neto de partículas no cambia.
Pero lo mismo sucede con un mar de fotones, o con un charco o una gota: da igual la cantidad de luz acumulada, no paran de surgir partículas como si fueran fantasmas.
El efecto descubierto por el brillante físico estadounidense Julian Schwinger se basa en lo que puede ocurrir si el campo eléctrico asociado con esa concentración de fotones es muy grande. Cuando esas condiciones se cumplen pueden surgir pares de electrón-antielectrón. Es decir, la energía que existía en forma de luz en el haz se ha transformado en otra cosa. Y con eso deja de estar disponible para la formación del agujero negro de luz. Este proceso de trueque de unas partículas por otras está de nuevo de acuerdo con la equivalencia de Einstein.
Ese efecto tan fantástico sólo ocurre si el campo eléctrico es mayor que un trillón de V/m (voltio por metro). ¿Y cómo podemos hacernos una idea de la intensidad de la que estamos hablando? Una buena comparativa es la de que su valor es 3 000 millones de veces mayor que el del campo eléctrico de un relámpago convencional.
Otra cuestión curiosa es como se mueven el electrón y su antipartícula (el positrón) cuando se crean. Viajarán a lo largo de la misma recta pero en sentidos opuestos. Esta es una manifestación de algo tan conocido como la segunda ley de Newton.
Aunque, en honor a la verdad, la velocidad tan tremenda de esas partículas requiere un sutil ajuste. La teoría que viene al rescate es de nuevo la relatividad de Einstein en su versión restringida.
Lo que sí nos daría mucho trabajo adicional es considerar el efecto de choques entre las partículas creadas. Sería un billar extremo, de esos que dejarían en ridículo a cualquier campeón. Así que hagamos un acto de fe y permitamos a los expertos declarar que esos efectos son secundarios.
La respuesta a la discusión
Pero la pregunta discutida en física sobre si podemos crear un agujero negro luminoso en el laboratorio clama por una respuesta.
Para crear uno que tuviera 1 m de radio necesitaríamos un campo eléctrico de 1 000 cuatrillones de V/m. Esto se traduce en una potencia eléctrica de mil tresvigintillones de watios, o lo que es lo mismo, un 1 seguido de 87 ceros. Huelga decir que esas cifras pertenecen al ámbito de lo abstracto. Lo podemos justificar con el hecho de que para llegar a ese cantidad necesitaríamos que cada átomo del universo emitiese 1 000 W de radiación electromagnética.
Es por eso que podemos estar tranquilos: un agujero negro luminoso no representa en absoluto una amenaza inminente. Y lo sabemos gracias a la combinación de conocimientos en física que conjugan lo relativista y lo cuántico. Y ese es un camino delirante que apenas se ha empezado a recorrer.
Ruth Lazkoz, Catedrática de Física Teórica, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea y Marc Schneider, Postdoctoral research associate, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
