Qué son los exóticos “agujeros de gusano” de Einstein y Rosen (y por qué nos podrían permitir viajar a través del tiempo y el espacio)
Una fascinante historia que empezó con una preocupación de Albert Einstein, se desarrolló con la ayuda de una novela de ficción de Carl Sagan y sigue intrigando a los más grandes físicos
Crédito: Getty Images
“Agujeros de gusano” es un nombre curioso para algo tan exótico. Aunque también es muy ilustrativo.
Imagínate una manzana, con un gusano que quiere llegar lo más rápido posible lado opuesto del que se encuentra. En vez de recorrer todo el camino por la superficie, cava un agujero lo más recto posible.
Ahí está: como en el Jardín del Edén y en el de Isaac Newton, una manzana nos lleva al umbral de un mundo de conocimientos nuevos por explorar.
Y en éste apenas estamos incursionando.
Los agujeros de gusano comenzaron como una solución a un dolor de cabeza científico.
Puente
Después de revelar su teoría general de la relatividad en 1915, Albert Einstein quedó preocupado por un gran agujero en su argumento.
“Concibió una nueva teoría sobre todo el Universo, en la que también decía que cuando las estrellas colapsaban formaban agujeros negros”, le dijo a la BBC el físico Jim Al-Khalili.
“En esa época, y por varios años más, se creía que lo agujeros negros no existían, que eran artefactos de las matemáticas. Incluso Einstein pensaba así. Pero algo le molestaba:
“En el centro del agujero negro, alcanzabas la singularidad, el punto en el que toda la materia se comprime a tamaño 0 y, por ende, densidad infinita. A Einstein, como buen físico, no le gustaba algo que contiene materia pero cuyo tamaño es 0. Es como cuando divides algo por 0 en tu calculadora y te dice que cometiste un error.
“Entonces, con el físico estadounidense-israelí Nathan Rosen, publicaron un artículo en el que señalaron que si cambiaban un poco las matemáticas, esa singularidad se convierte en un puente que lleva del centro del agujero negro a otro lugar, quizás a otro agujero negro o incluso a un agujero blanco”, explica Al-Khalili.
¿Agujero blanco?
“Un agujero negro es algo que se absorbe todo: la materia e incluso la luz que cae en él, no vuelve a salir. Un agujero blanco es lo opuesto: no se traga nada sino que escupe todo. La idea era que quizás todo lo que caía en un agujero negro era expulsado al otro extremo, que era un agujero blanco.
“Eso es lo que se conoce como el puente Einstein-Rosen“.
Y ese es el nombre original de los agujeros de gusano. Este último término fue introducido por el físico teórico estadounidense John Wheeler en 1957.
Atajo
Casi tres décadas más tarde, cuando el astrónomo, divulgador y ganador de un premio Pulitzer Carl Sagan (1934-1996), estaba escribiendo su novela “Contacto” (publicada en 1985), en la que se hacía realidad un sueño milenario: un encuentro entre humanos y extraterrestres.
Su plan original era que la protagonista -Eleanor Arroway, directora del proyecto Argus del SETI, dedicado a captar emisiones de radio provenientes del espacio- y otros cuatro científicos se sumergieran en un agujero negro, creado por alienígenas, y para llegar al planeta que ellos habitaban, a 26 años luz de distancia, donde los estaban esperando.
Pero la física no estaba de su lado.
El problema era que si entraban en un agujero negro, lo más probable es que su fin sería… inusual.
Según los científicos, lo mínimo que les pasaría es que, a medida que se fueran acercando, diferentes partes de sus cuerpos serían haladas por distintos grados de fuerzas de gravedad, de manera que se estirarían y adelgazarían hasta quedar como un espagueti (se llama efecto de espaguetización), y luego se estrellarían contra el núcleo del agujero negro.
Ese detalle sobre el uso de esos puentes Einstein-Rosen le preocupaba a Sagan.
Al fin y al cabo, a pesar de que lo que estaba escribiendo una obra de ficción, era un científico y no estaba a gusto con esa situación así que le pidió ayuda a un amigo, quien resultó ser nada menos que uno de los principales expertos en Relatividad del mundo: Kip Thorne.
Cuando Thorne se puso a jugar con las ecuaciones de campo de Einstein, se dio cuenta de que era teóricamente posible crear un tipo completamente nuevo de “agujero de gusano transitable”.
Y fue así como la ciencia ficción generó una teoría moderna de agujeros de gusano, más tarde publicada en una revista de Física, que abrió un área de investigación completamente nueva.
Pero si crees que la idea de tomar un atajo en el espacio para poder llegar a lugares que quedan a años luz es extraña, lo que se viene no lo es menos.
De acuerdo con la teoría general de la relatividad de Einstein, los agujeros de gusano no solo pueden usarse para viajar a través del espacio, sino también a través del tiempo.
Más allá del espacio
¿Cómo se hace?
Aquí están, cortesía del cosmólogo Andrew Pontzen, las instrucciones para convertir un agujero de gusano en una máquina del tiempo.
“Si eres capaz de crear dos extremos de un agujero de gusano que enlazan dos espacios, y tomas uno de esos extremos y lo mandas en un viaje a la velocidad de la luz, lo que estarías haciendo es enviarlo al futuro. Así, tendrías un agujero de gusano que no sólo te lleva de un lugar a otro sino también de una época a otra”.
Así, podrías viajar del presente al futuro, no al pasado.
“Puedes irte de visita al futuro y volver al presente… no puedes irte a antes del momento en el que creaste tu agujero de gusano pero sí volver a ese momento”, señala el cosmólogo en el programa de la BBC “Casos curiosos de Rotherford y Fry”.
Como imaginarás, esa idea tan extraña trae infinitos problemas prácticos.
Eso no ha impedido que la ciencia ficción se deleite con la idea: autores encantados con los agujeros de gusano para viajar en el tiempo los han convertido en un elemento clásico, aunque no siempre son tan estrictos con la ciencia como Sagan lo fue al escribir “Contacto”.
En la trilogía de “Back to the Future” o “Volver al futuro” que empezó el mismo año en el que Sagan publicó su libro, su protagonista no sólo viaja al pasado, sino que puede alterarlo.
“La noción de poder cambiar el pasado son erróneas: hay leyes de física que te protegen. Aunque es común que en la ciencia ficción las ignoren, y con razón, pues si existe el peligro de que cambies el pasado y borres tu existencia -como ocurre en ‘Volver al futuro’-, eso es dramático y excitante”, señala la autora de ciencia Jeniffer Oullette.
“Pero desde el punto de vista de la Física, la línea temporal está protegida: no puedes cambiar algo que ya pasó porque, por definición, ya sucedió”.
Otro Universo
Sin embargo, hay una manera de cambiar el pasado: produciendo otro universo, que es parte de un multiverso que contiene todas las diferentes versiones del resultado que tus acciones han creado.
Según la Física, eso es perfectamente factible.
Pero, antes de que pienses que estamos desvariando, una pregunta básica: ¿realmente existen los agujeros de gusano en el espacio?
“Existen matemáticamente en papel“, responde el cosmólogo Andrew Pontzen.
“Que realmente existan, es otra cosa, porque para crear uno y sostenerlo necesitas una vasta cantidad de una forma muy exótica de energía, muy distinta a la energía que conocemos. Es un tipo de energía que ni siquiera sabemos si existe.
“Pero de existir, es posible que podrías crear un agujero de gusano”.
Esa “energía exótica” es necesaria para mantener abiertos los extremos del agujero de gusano y mantenerlo estable.
¿Y qué es exactamente tan exótico de esa energía?
“¡Guau!”
Prepárate para la respuesta pues el tema deja estupefacto hasta a quien nos la dio, el respetado físico Al-Khalili.
“Hablamos de materia oscura, de antimateria… eso es soso, comparado con la materia exótica, que se supone tiene masa negativa… ¡¿qué significa que algo tenga una masa de -5 kilogramos?! ¡Sin duda la menor cantidad de masa que puedes tener es nada!
“Pero, claro, otra de las lecciones de Einstein es que la masa y la energía están relacionadas: E = mc². Así que la masa se puede convertir en energía y viceversa. Y lo que sí tenemos es energía negativa. Uno puede absorber energía de un vacío, de manera que el vacío queda con energía bajo 0, lo que está bien si le devuelves esa energía al vacío rápidamente.
“Es como cuando te quedas sin dinero y pides un préstamo: puedes tomarlo pero debes devolverlo pronto. Y entre más tomes, más rápido tienes que devolverlo.
“Así que uno se puede imaginar, a escala cuántica, un vacío con energía negativa, pero convertir esa energía negativa en la masa para mantener abierto un agujero de gusano… ¡Guau!
“Matemáticamente funciona, pero en la realidad nadie puede contemplar cómo eso podría ser posible”.
¡Entonces, después de todo esto, los agujeros de gusano probablemente no existen!
No dejes que la energía negativa te invada aún, pues al parecer, si te fijas bien, los agujeros de gusano pueden estar en todas partes.
Omnipresentes
Esa es una idea muy nueva en Física, pero podría proporcionar una solución a otro pequeño problema sobre el que Einstein reflexionó.
“Después de publicar el artículo sobre los puentes Einstein-Rosen en 1935, Einstein publicó, ese mismo año, otro artículo sobre su desasosiego respecto a la mecánica cuántica: cómo dos partículas que están entrelazadas pueden ser separadas y, sin embargo, de alguna manera, mantenerse comunicadas.
“Hay indicaciones de que la razón es que están unidas por un agujero de gusano cuántico. ¡Es una idea tan fantástica! Pero eso es lo que es hasta el momento: una idea, aunque de físicos muy serios.
“Así que quizás a escala cuántica, los agujeros de gusano existen”, declaró Al-Khalili, en conversación con la BBC.
Y él, ¿cree que existen?
“Yo creo que existen. Que podamos inflarlos hasta que tengan el tamaño suficientemente grande como para mandar naves espaciales a través de ellos, es algo que todavía pertenece al reino de la ciencia ficción”.
¿Qué crees tú?
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