El misterio de los agujeros de gusano (y sus viajes en el tiempo) explicado

La cultura popular ha concebido una multitud de aparatos y métodos de viajes en el tiempo, que dan lugar a reflexiones científicas habituales (tanto físicas como metafísicas): cuestiones de causalidad, Principio de Incertidumbre, paradojas internas y los “inconvenientes” asociados a la creación de  universos paralelos.

También, cómo nunca debe faltar, hay relámpagos y música dramática.

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Un ejemplo es Interstellar, el film de Christopher Nolan estrenado en 2014. En él, los protagonistas viajan a un lugar remoto de la nuestra galaxia gracias a un agujero de gusano, una construcción capaz de conectar dos puntos distantes del universo. Otro ejemplo es la sucesión de películas Back To The Future (Volver al Futuro), en esta aclamada trilogía de culto, los protagonistas utilizaban un automóvil DeLorean modificado, que se desplazaba a través de diferentes puntos temporales gracias a su célebre condensador de flujo.

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Esto a simple vista parece ser simple ciencia ficción pero, en realidad, es mucho más que eso. Las películas toman prestada una teoría física a la hora de recrear agujeros de gusano, las mismas ideas de “agujero de gusano” y “viaje en el tiempo” provienen de unos rigurosos estudios científicos ya divulgados a lo largo del siglo pasado.

¿Qué tan factible es esto? ¿Realmente existen estos atajos espacio-temporales? Empezaremos explicando el origen de este concepto teórico, que radica en la famosa Teoría de la Relatividad General de Einstein. De la cuál quizás hable detalladamente en otro artículo.

Amos p’alla.

Primero que todo, ¿qué es un agujero de gusano? Bueno, en teoría.

Un agujero de gusano es un camino hipotético a través del espacio-tiempo que podría crear atajos para viajes largos a través del universo. Los agujeros de gusano son predichos por la teoría de la relatividad general.

En 1935, los físicos Albert Einstein y Nathan Rosen utilizaron la teoría de la relatividad general para proponer la existencia de “puentes” a través del espacio-tiempo. Estos caminos, llamados “puentes Einstein-Rosen”, conectan dos puntos diferentes en el espacio-tiempo, creando teóricamente un atajo que podría reducir el tiempo de viaje y la distancia.

El espacio-tiempo puede ser visto como una superficie 2D (para simplificar el entendimiento) que, al “plegarse”, permite la formación de un puente de agujero de gusano. Un agujero de gusano tiene al menos dos bocas que están conectadas a una sola garganta o tubo. Si el agujero de gusano es ‘atravesable’, entonces la materia puede “viajar” de una boca a otra pasando por la garganta. Para visualizar mejor esta situación, considere la analogía de un pedazo de papel con dos marcas de lápiz dibujadas en él (para representar dos puntos en el espacio-tiempo), la línea entre ellas muestra la distancia de un punto al otro en el espacio-tiempo normal. Si el papel está ahora doblado casi el doble (el equivalente de la deformación drástica del espacio-tiempo), entonces al empujar el lápiz a través del papel en línea con los puntos, logramos vincular estos puntos de una manera más corta, esto sería parecido a un atajo espacio-temporal.

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Consideremos una segunda analogía, imagine que una hoja está doblada, dejando un espacio entre la parte superior e inferior. Al colocar una pelota de béisbol en la parte superior de la pelota hará que se forme una curvatura. Si se colocara una masa igual en la parte inferior de la hoja en un punto que corresponda con la ubicación de la pelota de béisbol en la parte superior, la segunda masa eventualmente se encontraría con la pelota de béisbol.

Consideremos, pues, una analogía final. Digamos que tienes una esfera. Pongamos un gusano en una cara de la esfera. Ahora el gusano, en su ignorancia, piensa que la esfera es “plana”, al igual que la gente pensaba que la Tierra era plana. Si el gusano querría llegar a un punto del otro lado de la esfera, tenía que viajar por toda la superficie de la esfera si pensaba que era plana. Un gusano inteligente sabría que la superficie en la que vive es en realidad una esfera, y cavaría a través de la esfera para llegar al otro lado. Del mismo modo, los seres humanos somos criaturas que vemos al universo como tridimensional (al igual que el gusano vio que era bidimensional). En teoría, las ubicaciones lejanas en el espacio 3D pueden ser conectadas por tales agujeros de gusano que nos permitirían recorrer grandes distancias cortando con atajos, al igual que el gusano. De ahí el nombre.

“Mientras que el agujero negro atrae la materia en él, un agujero blanco escupe la materia hacia fuera. Matemáticamente, un agujero blanco es un agujero negro invertido en el tiempo. Porque nadie ha visto nunca un agujero blanco, es probable que no existan, pero están permitidos por las ecuaciones de la relatividad general y no han sido completamente descartados todavía.”

La entrada de un agujero de gusano debería ser un agujero negro, y el lugar de salida sería un agujero blanco. Indudablemente, aunque no los hayamos visto (pero podemos medir su actividad gravitacional y hemos detectado sus ondas gravitacionales en 2016), sabemos que los agujeros negros existen (cuerpos ultra-densos que suelen estar en el centro de las galaxias y que se forman luego de una supernova) y que tienen un campo gravitacional tan intenso que ni siquiera la luz puede escapar. Por otro lado, no tenemos ninguna evidencia de la existencia de agujeros blancos, o de que la materia que viajaría por ese hipotético agujero de gusano se esté materializando en otro punto del universo. Un agujero blanco, en relatividad general, es una región hipotética del espacio-tiempo de la cual la materia y la luz pueden escapar. En este sentido es el reverso de un agujero negro,  en el cual se puede entrar del exterior,  pero del cual nada, incluyendo la luz, puede escapar. Sin embargo, es teóricamente posible que un viajero entre en un agujero negro rotatorio, evite la singularidad y viaje en un agujero blanco rotatorio que permita al viajero escapar a otro universo. Sin embargo, esta región no existe para los agujeros negros que se han formado a través del colapso gravitacional, ni existen procesos físicos conocidos a través de los cuales se pueda formar un agujero blanco. Hasta la fecha no se ha hallado ninguna estructura espacio-temporal de este tipo, por lo que en la actualidad es solo una posibilidad teórica en la ciencia. Aunque no lo veamos, según Stephen Hawking, existe la remota posibilidad de que los agujeros de gusano (combinación de agujeros blancos y negros) sólo puedan ocurrir a escalas sub-atómicas y en fracciones muy cortas de tiempo.

“En la teoría de la relatividad, la dilatación del tiempo es la diferencia de tiempo transcurrido entre dos eventos medidos por los observadores moviéndose uno respecto de otro o diferentemente situados de una masa. Un reloj en reposo con respecto a un observador puede medirse para marcar a una velocidad diferente cuando se compara con el reloj de un segundo observador.”

Funcionamiento y dilatación del tiempo.

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Usando un montón de argumentos inteligentes, Einstein demostró que el tiempo no es el río universal que todo el mundo pensaba que era. Para entender lo que significa este concepto… si estoy en el tren y estás en la plataforma, encontrarás que el tiempo corre más lento para mí. A medida que la velocidad del tren se aproxima a la de la luz, notarás que el tiempo va más lento y más lento dentro del tren, es decir, las personas se moverán en cámara ultra-lenta. De hecho, si usted los mira por cinco años de tiempo en su reloj, ellos habrían envejecido quizás un año más o menos. Así que esto es la Dilatación del Tiempo. El tiempo se “dilata” o se vuelve “más amplio” para la gente en el tren. Sin embargo, la gente en el tren no notará nada raro. De hecho, ni siquiera sabrán que se están moviendo (que es la esencia de los postulados de Einstein).

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Esta ralentización del tiempo (y un par de otros efectos) en el tren en movimiento se llama Relatividad “Especial”, ya que sólo trata a las personas que se mueven a velocidades uniformes, es decir, sin aceleración.

Otro resultado final de los argumentos de Einstein fue que el Espacio (como en, su posición) y el Tiempo ya no son entidades separadas, sino sólo las dimensiones del mundo en que vivimos. Mientras que las personas pueden moverse donde quieran en el espacio, están viajando a una determinada tasa en el tiempo. La relatividad en general, puede ser interpretada como la posibilidad de que el tiempo fluya a diferentes ritmos para diferentes personas.

Los viajes en el tiempo con un agujero de gusano podrían lograrse acelerando un extremo del agujero de gusano a una velocidad alta con relación al otro, y luego algún tiempo más tarde, traerlo de vuelta; La dilatación relativista del tiempo resultaría en un envejecimiento de la boca del agujero de gusano acelerado menor que el en estado estacionario visto por un observador externo, similar al que se observa en la paradoja gemela.

Y… ¿en qué consiste la paradoja de los gemelos?

“Tienes a dos gemelos idénticos y uno sale para una excursión de cinco años en un cohete viajando 99.5% la velocidad de la luz mientras que el otro permanece aquí en la Tierra, el tiempo pasará más lento para el gemelo que viaja. Cuando regrese a la Tierra, el viajero se dará cuenta de que su hermano gemelo -y el resto del mundo con el- ha envejecido cincuenta años en los cinco años que pareció tomar el viaje, permitiendo efectivamente la posibilidad de viajar al futuro. Desafortunadamente, estamos muy lejos de ser capaz de utilizar esta técnica, y no hay forma correspondiente de retroceder el reloj.”

Hagamos una analogía con nombres para que esto quede más guay.

Un extremo del agujero de gusano está en la Tierra.

El otro extremo del agujero de gusano se encuentra dentro de una nave espacial, actualmente en reposo en la Tierra. El final en la nave espacial se mueve cuando la nave espacial se mueve.

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Ahora supongamos que un par de gemelas, Camille y Chloe, están de pie en cualquier extremo del agujero de gusano. Chloe está al lado del agujero de gusano en la Tierra en 2017, mientras que Camille está en la nave espacial (también, por el momento, en 2017). Ella va en una pequeña excursión por algunos días, viajando casi a la velocidad de la luz, pero cuando ella vuelve, miles de años han pasado en la tierra debido a la dilatación del tiempo (ella ahora está en el año 5917). Esto debido a la dilatación del tiempo.

En el lado de Chloe del agujero de gusano (todavía 2017), sólo han pasado unos días. De hecho, los gemelos han estado discutiendo regularmente las extrañas vistas que Camille ha presenciado durante los pocos días de su viaje. Camille (en 5917) es capaz de pasar por el agujero de gusano a la ubicación de Chloe (en 2017) y, voilà, ella ha viajado en el tiempo miles de años. De hecho, ahora que Camille se ha ido a la molestia de establecer el portal, Chloe (o cualquier otra persona) podría viajar tan fácilmente del presente al futuro (o viceversa) simplemente pasando a través del agujero.

Si quieres más información sobre esta paradoja y la solución completa de Albert Einstein. Te dejo tres enlaces. NeoTeo, la paradoja de los gemelos.  | El Tamiz, relatividad sin fórmulas – paradoja de los gemelos. | Vix, la paradoja de los gemelos de Einstein.

 

Problemas con los agujeros de gusano

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El problema con el uso de los agujeros de gusano para viajar en el espacio o el tiempo es que son inherentemente inestables. Teóricamente, cuando una partícula entra en un agujero de gusano, crea fluctuaciones que hacen que la estructura se derrumbe sobre sí misma. Hay teorías de que un agujero de gusano podría mantenerse abierto por alguna forma de energía negativa (o materia exótica), lo que representa un caso en el que la densidad de energía (energía por volumen) del espacio es realmente negativa. Más técnicamente, el espacio-tiempo del agujero de gusano requiere una distribución de energía que viola varias condiciones de energía, como la condición de energía nula junto con las condiciones de energía débil, fuerte y dominante.

Bajo estas teorías, si pudiera emplearse una cantidad suficiente de energía negativa, podría seguir manteniendo abierto el agujero de gusano mientras los objetos pasan a través de él. Esto sería una necesidad absoluta para cualquiera de las teorías previamente discutidas que permiten que un agujero de gusano se convierta en un portal de tiempo, pero los científicos carecen de una comprensión real de cómo obtener suficiente energía negativa juntos, y la mayoría piensa que es una tarea imposible.

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En algunos modelos, puede ser posible relacionar la energía oscura con la energía negativa (ambas exhiben una forma de gravedad repulsiva, aunque la energía oscura es una energía positiva), pero estos modelos son altamente artificiales. La buena noticia es que nuestro universo parece tener una energía oscura en abundancia, aunque el problema es que parece que está distribuido uniformemente por todo el universo.

Tratar de encontrar alguna forma de almacenar energía negativa y usarla para sostener la estabilidad de un agujero de gusano va mucho más allá de la tecnología actual (si es posible). La teoría de las cuerdas puede proporcionar fuentes potenciales de energía negativa, pero incluso en estos casos, no hay garantía de que se puedan producir agujeros de gusano estables.

En fin, no hemos podido comprobar la existencia de estos ‘portales’,  es muy posible que nuestra comprensión actual del universo y de la física sea demasiado limitada como para poder encontrarlos, y mucho menos manipularlos o viajar a través de ellos.  Primero que nada deberíamos de resolver los problemas teóricos que tenemos respecto a ellos, cómo el exceso de energía que podría destruirnos en caso de ingresar a uno o su corta duración antes de auto-destruirse.

Quizás ahora no tengamos mucha información sobre ellos pero, de seguro, a medida que vamos mejorando nuestra comprensión del universo y sus misterios, aprendemos cosas emocionantes.


Fuentes de consulta.

“Are Wormholes a Dead End for Faster-Than-Light Travel?” (¿Son los agujeros de gusano el final para los viajes superlumínicos?) Scientific American, 02/02/17.

“How Time Travel Works: Wormholes” (Como funciona el viaje a través del tiempo: agujeros de gusano) Kevin Bonsor y Robert Lamb, Science.

“The Physics of Time Travel” (La física de los viajes en el tiempo) Michio Kaku.

“Blackholes, Wormholes and the Tenth Dimension” (Agujeros negros, agujeros de gusano y la décima dimensión) Michio Kaku.

“The Science of ‘Interstellar’ Explained (Infographic)” (La ciencia de ‘Interestelar’ explicada), Space.

“Agujeros de gusano” AstronoMia.

“Los agujeros de gusano explicados de manera sencilla” Gizmodo en Español.

“Diferencias entre agujeros negros y agujeros de gusano” Vix.

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2 Comentarios Agrega el tuyo

  1. Samvel dice:

    Excelente divulgación y muy interesante el blog

    Me gusta

  2. Agostina dice:

    Me encantaa

    Le gusta a 1 persona

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