¿Qué ocurriría si cayéramos en un agujero negro? La explicación científica

Los agujeros negros son algunos de los objetos más misteriosos del universo. Tienen una gravedad tan intensa que nada puede escapar de ellos, ni siquiera la luz.

Pero… ¿qué ocurriría si una persona cayera dentro de uno?

La respuesta mezcla:

  • Relatividad.
  • Gravedad extrema.
  • Física espacial.

¿Qué es un agujero negro?

Un agujero negro es una región del espacio donde:

  • La gravedad es gigantesca.

Se forma cuando una estrella muy masiva colapsa sobre sí misma.

La materia queda comprimida en una zona extremadamente pequeña.

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¿Qué es la velocidad de la luz y por qué nada puede superarla?

La velocidad de la luz es una de las constantes más importantes y sorprendentes del universo. Nada conocido puede viajar más rápido, y muchas leyes fundamentales de la física dependen de ella.

Pero, ¿qué es exactamente la velocidad de la luz y por qué existe ese límite cósmico?

¿Qué es la velocidad de la luz?

La velocidad de la luz es la rapidez a la que viaja la luz en el vacío.

Su valor exacto es:

299.792.458 metros por segundo

Es decir, aproximadamente:

  • 300.000 kilómetros por segundo.

La luz podría dar casi 7 vueltas y media a la Tierra en solo un segundo.

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¿La luz se ve afectada por la gravedad?

¿La luz se ve afectada por la gravedad? Si es así, ¿Cómo puede ser constante la velocidad de la luz? ¿No sería la luz que sale del Sol más lenta que la luz que producimos en la Tierra? Si no es así, ¿Por qué la luz no escapa de un agujero negro?

Todos los objetos con masa deforman el espacio-tiempo a su alrededor; cuanto más masivo es un objeto, más pronunciada es la deformación que causa. Cuando los fotones viajan a través de la región cercana a un objeto masivo que ha causado una deformación significativa, siguen trayectorias curvas porque el espacio-tiempo a través del cual se mueven es curvo. Astronomy: Roen Kelly

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¿Por qué mirar al espacio es lo mismo que mirar atrás en el tiempo?

Esto se debe a la velocidad finita de la luz. Cuando miramos objetos que están a grandes distancias de nosotros, la luz que nos está golpeando ahora habrá comenzado desde el objeto hace bastante tiempo, por lo que en efecto no estamos viendo cómo se ve el objeto ahora, sino como hace algún tiempo (cuando se emitió la luz).

Cielo estrellado

Por ejemplo, Próxima Centauri, que es la estrella más cercana a nosotros (aparte del Sol), está a unos 4 años luz de distancia. Esto significa que la luz que vemos ahora dejó la estrella hace unos 4 años. Algo catastrófico podría haberle sucedido a la estrella en esos cuatro años y aún no podemos saberlo.

Incluso la luz del Sol tarda unos 8 minutos en llegar a nosotros aquí en la Tierra, así que cuando miras hacia el Sol, ¡lo ves como era hace 8 minutos!

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Einstein estaba en lo cierto. La relatividad general pasa otra prueba

Al analizar la extraordinaria fuerza de gravedad del gigantesco agujero negro en el centro de la Vía Láctea en una estrella cercana, los astrónomos han demostrado que las ideas de Einstein sobre el espacio y el tiempo, siguen siendo válidas como la mejor descripción hasta la fecha de cómo funciona la gravedad.


De acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein, la gravedad resulta de cómo las masas deforman el espacio y el tiempo. Cuanto mayor es la masa de un objeto, más fuerte es su fuerza gravitacional.

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¿Qué es la relatividad?

Albert Einstein fue famoso por muchas cosas, pero su mayor creación fue la teoría de la relatividad. Cambiando para siempre nuestra comprensión del espacio y el tiempo.


¿Qué es la relatividad? En pocas palabras, es la noción de que las leyes de la física son las mismas en todas partes. Aquí en la Tierra obedecemos las mismas leyes de luz y gravedad que alguien en un rincón alejado del universo.

La universalidad de la física significa que la historia es provincial. Diferentes espectadores verán el tiempo y el espaciado de los eventos de manera diferente. Lo que para nosotros es un millón de años puede ser solo un abrir y cerrar de ojos para alguien que vuela en un cohete de alta velocidad o cae en un agujero negro. Todo es relativo.

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El GPS y la relatividad


El sistema de posicionamiento global (GPS) funciona gracias a una red de satélites que envían señales codificadas desde 20200 kilómetros de altura. Cuando el receptor capta esas señales, determina su tiempo de llegada, y al multiplicar esa cantidad por la velocidad de la luz, se obtiene una distancia relativa que permite fijar la posición del receptor. Los satélites GPS incorporan un reloj atómico de alta precisión. Su estabilidad en la medición del tiempo es del orden de una parte entre un billón, lo que significa que adelanta o atrasa, como mucho, un segundo cada 32000 años. Una precisión tan elevada puede parecer caprichosa pero no lo es en absoluto, ya que se debe corregir los errores debidos a las teorías relativistas de Einstein, tanto la especial como la general.

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La prueba de la relatividad de Einstein


Décadas de investigación y desarrollo confirman las predicciones sobre el comportamiento de la luz en un gran campo gravitatorio. Según la relatividad de Einstein el tiempo varia según a la velocidad que nos movamos en el espacio, donde según la mecánica clásica de Newton esto sería imposible.

Los astrónomos han 'atrapado' el agujero negro gigante situado en el centro de nuestra galaxia, estirando la luz emitida por una estrella (S2) en órbita. Casi tres décadas de seguimiento de la estrella para encontrar el fenómeno buscado, conocido como corrimiento al rojo gravitacional. Este fenómeno fue predicho por la teoría general de la relatividad de Einstein, pero hasta ahora nunca se había detectado en los alrededores de un agujero negro.

El descubrimiento ha sido anunciado por un equipo dirigido por Reinhard Genzel, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. (Garching, Alemania) (Puedes ver el anuncio oficial aquí)

¿Cómo lo hicieron?

Genzel y su grupo rastrearon el viaje de esta estrella, conocida como S2, desde principios de la década de 1990. Usando telescopios en el Observatorio Europeo Austral en Chile, los científicos lo observaron mientras viajaba en una órbita elíptica alrededor del agujero negro, que se encuentra a 26000 años luz de la Tierra, en la constelación de Sagitario. Con una masa 4 millones de veces mayor que la del Sol, el agujero negro genera el campo gravitatorio más fuerte de la Vía Láctea. Eso lo convierte en un lugar ideal para buscar efectos relativistas.

El 19 de mayo de este año, S2 pasó lo más cerca posible del agujero negro. Los investigadores rastrearon el camino de la estrella usando instrumentos como GRAVITY, un interferómetro que combina luz de cuatro telescopios de 8 metros y que comenzó a funcionar en 2016. "Con nuestras mediciones la puerta está abierta para la física del agujero negro", dice Frank Eisenhauer, miembro del equipo.

GRAVITY midió el movimiento de S2 en el cielo, en su velocidad más rápida, la estrella pasó zumbando a más de 7600 kilómetros por segundo, o casi el 3% de la velocidad de la luz. Mientras tanto, y aquí está la clave, un instrumento diferente estudiaba qué tan rápido se movía S2 con respecto de la Tierra cuando pasaba por el agujero negro. La combinación de las observaciones permitió al equipo de Genzel detectar el desplazamiento al rojo gravitatorio de la estrella, que describe cómo su luz se estira a longitudes de onda más largas gracias a la inmensa atracción gravitacional del agujero negro. Tal fenómeno es consistente con las predicciones de la relatividad general.

"Lo que medimos ya no puede ser descrito por Newton", dice Odele Straub, un astrofísico del Observatorio de París. Las observaciones futuras de S2 podrían confirmar otras predicciones de Einstein, como por ejemplo cómo un agujero negro giratorio arrastra espacio-tiempo con él.
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¿El tiempo es real?

En algún momento de nuestra vida, hemos llegado a pensar que tal vez el tiempo no exista, que solo es producto de nuestra imaginación, por que hay veces que parece que corre más despacio, otras más rápido. Pero sin embargo, independientemente de nuestra manera de interpretarlo, el tiempo existe, como una dimensión más.


Por ejemplo, con las coordenadas geográficas (latitud y longitud) podemos situarnos en cualquier lugar, entonces, podemos quedar con una persona indicando las coordenadas de nuestra posición, si falla una de ellas, no estaremos juntos en el mismo punto, pero falta otra dimensión 'coordenada' por añadir, el tiempo, aunque estemos en el punto indicado pero en distinto tiempo, no estaremos juntos.

Imagina que dos personas quedan en la calle real número 3, pero una se presenta a las 16:00 horas y se va a los 15 minutos, y la otra se presenta a las 17:00 horas, ambas estuvieron en la calle real número 3, pero al no coincidir en el tiempo, no pudieron estar juntas, con esto se entiende que el tiempo es la cuarta dimensión.

Por tanto el tiempo existe y forma parte de todo nuestro universo.

Manipulación del tiempo: Si podemos manipular el tiempo es por que existe, como puedes leer en el artículo el tiempo es relativo.

Cerca de los objetos muy masivos, como las estrellas de neutrones, el tiempo se ralentiza, y cerca de un agujero negro se para del todo.
Cuanto más rápido nos movemos en el espacio, más lento nos movemos en el tiempo, como ocurre en el experimento mental de la paradoja del gemelo.
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El tiempo es relativo


La dilatación del tiempo, es un fenómeno de la teoría de la relatividad, donde se afirma que el tiempo es diferente para distintos sistemas de referencia.

Imagina que partes con una nave desde la Tierra hacia el centro de un agujero negro, desde la nave, envías a la Tierra una señal cada 5 segundos, al principio, la Tierra recibe nuestra señal cada 5 segundos, pero según nos acercamos al agujero negro, la señal llega a la Tierra con un intervalo de tiempo cada vez mayor. 

Al principio del viaje, las señales llegan con un intervalo de 5 segundos, pasado x tiempo, llegan cada 5 minutos, pasado aún más tiempo, la señales llegan cada 5 años, luego cada 100 año, hasta que llegado el momento, la Tierra deja de recibir señales de la nave.

¿Qué ha pasado? La nave no se ha estropeado, y el emisor de señal tampoco, este sigue enviando la señal cada 5 segundos, pero como cada vez, está más cerca del agujero negro, la perturbación del espacio-tiempo es cada vez mayor, hasta que las señales de la nave, no pueden escapar de dicho agujero negro.

Percibimos distinto tiempo a distintas velocidades, como explicamos en la paradoja de los gemelos que puedes ver aquí, donde dos gemelos envejecían a distinto ritmo, por la diferencia de velocidad de uno de ellos que viaja por el espacio, respecto al otro hermano gemelo que permanecía en la Tierra.

Realmente el tiempo no cambia, solo cambia el punto de referencia, solo vemos dilatación del tiempo cuando lo comparamos con otro sistema de referencia.
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El principio de equivalencia

El principio de equivalencia es el principio físico de la relatividad general, y afirma que la gravedad es equivalente al movimiento acelerado. Es imposible distinguir los efectos de una aceleración constante de los efectos de la gravedad. Por eso se llama principio de equivalencia, por que se muestra equivalencia entre gravedad y aceleración.


Si caemos tras una piedra desde un acantilado, la veremos descender con velocidad constante, si solo miramos a la piedra, no sabríamos que está cayendo. Lo mismo ocurre en el espacio, donde parece que todo flota como si no cayera hacia la Tierra. La aceleración anula a la gravedad, y así demostró Einstein que la gravedad es igual a la aceleración.

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Espacio-Tiempo ¿Parar el tiempo?

Todos entendemos lo que es el tiempo y lo que es el espacio, podemos saber fácilmente el tiempo y la distancia que nos queda para llegar a nuestro destino, pero las cosas cambian cuando entra en juego la velocidad de la luz.


Einstein en la teoría de la relatividad, unificó el espacio y el tiempo (espacio-tiempo), donde ambos están relacionados. Imagina que te desplazas en coche y pasas cerca del Big Ben, y te preguntas. ¿Qué pasaría si mi coche se estuviese desplazando a la velocidad de la luz? Observarías que las manecillas del reloj apenas se mueven, y no se ha estropeado el reloj, es que el tiempo pasa más lento, tan lento que ni apreciamos movimiento.

Cuanto más rápido nos movemos en el espacio, más lento nos movemos en el tiempo. Como es el caso de los astronautas que viajan a la Estación Espacial Internacional, se desplazan a velocidades relativamente pequeñas en comparación con la luz, pero a pesar de ello, por cada 6 meses en la la Estación Espacial son unos 4 o 5 milisegundos más jóvenes.

Imagina que partes desde la Tierra hacia el centro de un agujero negro, desde la nave, envías a la Tierra una señal cada 5 segundos, al principio, la Tierra recibe nuestra señal cada 5 segundos, pero según nos acercamos al agujero negro, la señal llega a la Tierra con un intervalo de tiempo cada vez mayor. 

Al principio del viaje, las señales llegan con un intervalo de 5 segundos, pasado x tiempo, llegan cada 5 minutos, pasado aún más tiempo, la señales llegan cada 5 años, luego cada 100 años, así, cada vez más, hasta que llegado el momento, la Tierra deja de recibir señales de la nave.

¿Qué ha pasado? La nave no se ha estropeado, y el emisor de señal tampoco, sigue enviando la señal cada 5 segundos, pero como cada vez, está más cerca del agujero negro, la perturbación del espacio-tiempo es cada vez mayor, hasta que las señales de la nave, no pueden escapar de dicho agujero negro.

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Paradoja del abuelo: ¿Se puede cambiar el pasado?


Imagina que alguien viaja al pasado para matar a su abuelo antes de que pueda nacer su hijo (su padre), entonces, paradojicamente, esta persona no podría haber existido, por que su padre nunca nació, pero si no pudo haber nacido, tampoco podría viajar al pasado, algo que si pudo hacer.

Este es uno de los grandes dilemas de los viajes en el tiempo, donde nos lleva a pensar que viajar al pasado sea imposible, o viajar al pasado como meros visitantes de un museo, (observar sin tocar nada), es decir, podremos viajar al pasado y ver lo que pasó, pero no podremos interactuar con el pasado de ninguna manera. Como dice Stephen Hawking: 'Si existen los viajes en el tiempo, ¿Donde están los turistas del futuro que vienen a visitarnos?

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Paradojas del tiempo: El hombre sin pasado.


Esta paradoja implica sucesos sin ningún comienzo aparente. Supongamos que alguien está tratando de construir la primera máquina del tiempo, pero no tiene dinero suficiente para los materiales y necesita pulir algunas ideas, de repente, de no se sabe donde, aparece una persona mayor con dinero y le ofrece conocimiento y muchos fondos para que construya su máquina del tiempo. El inventor gracias a la ayuda del anciano desconocido se enriquece porque puede viajar al futuro para ver las bajadas y subidas de las acciones en bolsa, como los números de la lotería.

Décadas más tarde, el inventor de la máquina del tiempo es anciano y rico, y decide regresar al pasado para ayudar a su yo más joven a construir la máquina del tiempo.

La cuestión paradójica es: ¿De dónde procedía la idea de viajar en el tiempo?

Esta pregunta es un ciclo sin respuesta, donde no se puede saber en qué momento se ha la idea por primera vez.

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Viajar más rápido que la luz

Según la Teoría de la relatividad general de Einstein un objeto jamás podrá alejarse respecto a otro en el mismo espacio a una velocidad mayor que la de la luz. Es decir, nada puede viajar más rápido que la luz por el espacio, pero el espacio, curiosamente si puede expandirse a una velocidad mayor que la de la luz.


Extrapolando esto, ¿Podríamos manipular el espacio para así poder ser más rápidos que la luz? Hay dos posibilidades científicas: Rasgar y estirar el espacio.

Rasgar el espacio: Para rasgar el espacio utilizaríamos los agujeros de gusano, un agujero de gusano conecta dos puntos de la galaxia. Entrar en un agujero de gusano supondría desplazarse más rápido que la propia luz, lo que nos permitiría viajar de un punto a otro del universo en un tiempo récord.

Aunque es una hipótesis que podría ser cierta, no hemos podido descubrir aún ningún agujero de gusano.
Si quieres saber más sobre los agujeros de gusano puedes leer nuestro artículo aquí.

Estirar el espacio: Si lográsemos estirar el espacio que tenemos detrás y entrásemos en contacto con el espacio que tenemos delante, superaríamos la velocidad de la luz, y nos permitiría viajar a otras estrellas en un instante.

Cabe destacar, que ninguno de estos dos métodos tienen una teoría contundente que demuestre que se puedan realizar. Pero tal vez, en un futuro, con un conocimiento mayor de la energía negativa, del espacio-tiempo y de la gravitación, podamos alcanzar una velocidad mayor que la de la luz.


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¿Qué es el tiempo? | Teoría de la relatividad



El tiempo es lineal en un solo sentido, está en continuo movimiento sin poder volver atrás, el pasado, pasado es, siendo imposible cambiarlo, o al menos, eso creemos.

Según la teoría de la relatividad, percibimos distinto tiempo a distintas velocidades, como explicamos en la paradoja de los gemelos, donde dos gemelos envejecían a distinto ritmo, por la diferencia de velocidad de uno de ellos que viaja por el espacio, respecto al otro hermano gemelo que permanece en la Tierra.

En otras palabras, se puede viajar al futuro, dado que, si cuando uno de los gemelos llega a la tierra, es x años más joven, entonces, ha viajado esos x años hacia el futuro respecto a la Tierra.

En la teoría de la relatividad,  hay indicios que de poder usar un agujero de gusano, seriamos capaces de viajar o al menos de ver el pasado, obviamente no está demostrado.

Pero al hablar de viajar en el tiempo siempre surge el eterno dilema, ¿Podríamos cambiar la historia viajando en el tiempo? ¿O se crearía una historia temporal paralela?

Por tanto, el funcionamiento del tiempo no es tan sencillo como pensamos, y a día de hoy, estamos muy lejos de llegar a entender completamente las propiedades del tiempo.
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