¿Se conserva la energía cuando las cosas caen en un agujero negro?

Question

1. Todos sabemos que, en física, la ley de la conservación de la energía establece que la energía total de un sistema aislado permanece constante; se dice que se conserva en el tiempo. La energía no puede crearse ni destruirse, sino que se transforma de una forma a otra. ¿Qué ocurre cuando dicha energía, es decir, los planetas, las estrellas, la luz, etc., entran en un agujero negro?

2. ¿Cambia simplemente de forma o desaparece de este universo a otro?

3. Sé que muchos físicos han dicho que todas las leyes comienzan a romperse una vez que algo entra en un agujero negro, pero ¿hay alguna teoría nueva al respecto? ¿Es posible que simplemente convierta la energía en una nueva forma como la materia oscura?

Answer 1

La energía (en cualquier forma) que cae en un agujero negro contribuye a la masa del agujero, y la masa es una de las muchas formas que puede adoptar la energía, utilizando el factor de conversión habitual: $E = mc^2$ .

Answer 2

Para ampliar la respuesta de @dmckee, si tenemos un espacio-tiempo que tiene la materia concentrada en una zona central, podemos definir un vector energía-momento global conservado llamado energía ADM. Se puede demostrar además que la energía ADM no cambia cuando la materia cae en el agujero negro.

Answer 3

1. Pierde organización, por ejemplo, la materia se convierte en energía pura o algo así. No está del todo claro qué forma hay (algunos sugieren que no hay ninguna forma, pero es obvio que no sigue el principio de exclusión de Pauli). Esto no es nada especial, ocurre todo el tiempo: cuando se quema carbono, por ejemplo, se obtiene un poco de energía desorganizada (calor) y una molécula de dióxido de carbono que tiene la energía de la molécula libre de carbono y oxígeno, menos el calor perdido.
2. No hay ninguna razón para creer que la materia se pierda: en primer lugar, la masa del agujero negro es exactamente la misma que la de la materia que lo formó, por lo que tanto la masa como la energía deben seguir ahí. En segundo lugar, tenemos buenas razones para creer que los agujeros negros emiten radiación y se "evaporan" con el tiempo - para los agujeros negros microscópicos, esto es tan importante que no existen durante mucho tiempo. Esto es una suerte para nosotros, ya que tenemos pruebas bastante buenas de que se crean agujeros negros microscópicos todo el tiempo en la atmósfera superior de la Tierra. EDIT: Culpa mía, esto no es realmente cierto. La teoría de cuerdas predice que esto podría ser cierto, pero parece que aún no tenemos pruebas sólidas de ello. Cuando se evaporan, toda la energía atrapada se devuelve a nuestro entorno. Si el universo se enfría lo suficiente, esto acabará ocurriendo con todos los agujeros negros, incluso con los gigantescos que se encuentran en el centro de las galaxias, pero tardará mucho, mucho tiempo, e incluso sólo si el universo sigue expandiéndose.
3. Las leyes no se rompen, y hay pocas razones para creer que lo harían. Lo que se rompe son algunos modelos, pero la mayoría de los físicos a los que preguntes te dirán que cuando el modelo se rompe, es un problema del modelo, no de la realidad. Sabemos que los agujeros negros son reales, por lo que cualquier modelo que se rompa al describir un agujero negro es erróneo. Eso no significa que el modelo sea inútil, sino que no se puede utilizar para describir los agujeros negros (y presumiblemente otros fenómenos aún no descubiertos).