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» » A bordo de un "agujero de gusano", viajar por un sistema de Metro Intergaláctico

No todos los días una idea de la ciencia ficción se torna más cercana a la realidad tecnológica. Pero eso es lo que parece estar sucediendo con los agujeros de gusano. Entrar en uno de estos túneles que atraviesan el espacio-tiempo, y unos pocos pasos más adelante poder surgir cerca de Plutón, o incluso en la galaxia de Andrómeda, a millones de años luz de distancia.

No es una sorpresa, saber que nadie se ha acercado tan siquiera a la construcción de un agujero de gusano. Una de las razones es que son notoriamente inestables. Incluso sobre el papel, tienen la mala tendencia a escabullirse, a menos que se mantenga abierta por alguna exótica forma de materia con energía negativa, cuya existencia en sí misma se pone en duda.


Ahora, todo eso ha cambiado. Un equipo de físicos de Alemania y Grecia, han demostrado que sería posible construir agujeros de gusano sin ningún aporte de energía negativa. "Ni siquiera necesitamos materia normal con energía positiva", afirma Burkhard Kleihaus, de la Universidad de Oldenburg, en Alemania. "Los agujeros de gusano pueden ser mantenidos abiertos, sin nada."

Los resultados plantean la tentadora posibilidad de detectar un agujero de gusano en el espacio. Civilizaciones mucho más avanzadas que la nuestra, es posible que estén ya yendo y viniendo a través de agujeros de gusano por toda la galaxia, como si de un sistema de Metro se tratara. Podríamos incluso ser capaces de usarlos nosotros mismos como portal hacia otros universos.

Los agujeros de gusano surgieron por primera vez con la teoría general de la relatividad de Einstein, la cual demostraba que la gravedad no es otra cosa que la deformación oculta del espacio-tiempo por la energía, normalmente por la masa-energía de las estrellas y galaxias. Poco después de que publicara Einstein sus ecuaciones en 1916, el físico austríaco Ludwig Flamm, descubrió que también predijo unos conductos a través del espacio y el tiempo.

Pero fue el propio Einstein quien hizo investigaciones detalladas de los agujeros de gusano, con Nathan Rosen. En 1935, se elaboraron un experimento que constaba de dos agujeros negros, conectados por un túnel a través del espacio-tiempo. Viajar a través de su agujero de gusano sólo era posible si los agujeros negros de los extremos eran de un tipo especial. Un agujero negro convencional, tiene un potente campo gravitatorio que succiona el material de forma que ya nunca puede escapar una vez que ha cruzado lo que se llama el horizonte de sucesos. Los agujeros negros en el extremo de un agujero de gusano de Einstein-Rosen quedarían libres de ese punto de no retorno.

Los agujeros de gusano de Einstein y Rosen parecían una mera curiosidad por otra razón: su destino era inconcebible. La única conexión que ofrecían desde nuestro universo era una región del espacio en un universo paralelo, quizá con sus propias estrellas, galaxias y planetas. Mientras que los teóricos de hoy en día se sienten cómodos con la idea de que nuestro universo sea uno entre muchos, en los días de Einstein y Rosen la idea del multiverso era impensable.

Por suerte, resultó que la relatividad general permite la existencia de otro tipo de agujero de gusano. En 1955, el físico estadounidense John Wheeler, demostró que era posible conectar dos regiones del espacio en nuestro universo, lo cual sería mucho más útil para un viaje intergaláctico rápido, y acuñó el pegadizo nombre de agujero de gusano para añadir a los agujeros negros, con el cual también adquirió reputación.

El problema es que tanto los agujeros de gusano de Wheeler como de Einstein-Rosen tienen el mismo defecto. Son inestables. Enviando tan sólo un fotón de luz a su través, al instante provoca la formación de un horizonte de sucesos, lo que efectivamente cierra de golpe dicho agujero de gusano.

Curiosamente, fue el astrónomo Carl Sagan, en su novela de ciencia ficción, "Contact", quien necesitaba un buen método, rápido y científico, para transportar por la galaxia su heroína, interpretado por Jodie Foster en la película. Sagan, entonces, preguntó al teórico Kip Thorne, del California Institute of Technology, en Pasadena, en busca de ayuda, y Thorne se dio cuenta que un agujero de gusano sería el truco ideal. En 1987, él y sus estudiantes de posgrado, Michael Morris y Uri Yertsever, elaboraron la receta para crear un agujero de gusano transitable. Resultó que las bocas podían mantenerse abiertas por un material hipotético que poseía una energía negativa. Dada una suficiente energía negativa, un material que tiene una forma repulsiva gravitatoria, físicamente abría la boca del gusano.

La energía negativa no es una idea tan ridícula. Imaginemos dos placas metálicas paralelas que se ponen en el vacío. Si las colocamos juntas en el vacío, entre ellos hay energía negativa, es decir, menos energía que en el vacío externo. Esto se debe a que un vacío normal es como un mar bravo de ondas, y esas ondas son demasiado grandes para caber entre las placas por lo que quedan excluidas de forma natural. Esto deja menos energía en el interior de las placas que en el exterior.

Por desgracia, este tipo de energía negativa existe en cantidades demasiado débiles para mantener abierta una boca de gusano. No sólo eso, sino que el agujero de gusano de Thorne-Morris-Yertsever, que ha de ser lo suficientemente grande como para que alguien pase a su través, requiere una enorme cantidad de energía, el equivalente a la energía bombeada en un año por una fracción apreciable de estrellas de la galaxia.

¿Volver de nuevo a la mesa de dibujo, entonces? No del todo. Puede que haya una manera de evitar estas dificultades. Todos los agujeros de gusano previstos hasta la fecha, suponen que la teoría de la relatividad es correcta. De hecho, es poco probable que así sea. Para empezar, la teoría se rompe en el corazón de un agujero negro, así como en el comienzo del tiempo del big bang. Además, la teoría cuántica, que describe el mundo microscópico de los átomos, es incompatible con la relatividad general. Puesto que la teoría cuántica es extremadamente exitosa explicando todo, desde por qué la tierra es sólida a la forma en que brilla el sol, muchos investigadores creen que la teoría de la gravedad de Einstein debe ser una aproximación a una teoría mucho más profunda.

El mundo más allá de Einstein

Un indicio de lo que una teoría más profunda sería capaz de ver se produjo en 1921. Theodor Kaluza y Oskar Klein, se inspiraron en la misma teoría de Einstein, para demostrar que la gravedad es la curvatura de cuatro dimensiones, producida al fusionar las tres dimensiones del espacio con el tiempo. Querían demostrar que tanto la gravedad como la fuerza electromagnética podían ser explicadas a través de la curvatura de un espacio-tiempo de cinco dimensiones. Más recientemente, los teóricos de cuerdas afirman que las cuatro fuerzas fundamentales podrían ser explicadas por la distorsión de 10 dimensiones espacio-temporales.

Básicamente, cuando el espacio-tiempo tiene más de cuatro dimensiones, los más firmes teoremas prohíben un agujero de gusano, a menos que se mantenga abierto por la energía negativa no es aplicable. En 2002, Kiril Bronnikov, en el Centro de Gravitación y metrología fundamental de Moscú, Rusia, y Sung-Won Kim, de la Universidad Femenina de Ewha, en Seúl, Corea del Sur, plantearon la posibilidad de existencia de un agujero de gusano sin materia exótica (Physical Review D, vol 67 , pág 064 027). Ellos descubrieron un enorme caudal de soluciones de agujero de gusano en una de las versiones populares de la teoría de gravedad-brana, que describe el mundo como una isla de 4D o "branas" flotando en dimensiones superiores. "No requiere de ninguna materia fantasma, y los agujeros de gusano pueden tener un tamaño arbitrario", dice Bronnikov.

No obstante, con teorías de dimensiones superiores de la gravedad, como la teoría de cuerdas, es muy difícil trabajar. Entre Kleihaus y sus colegas Jutta Kunz, también de la Universidad de Oldenburg, y Panagiota Kanti, de la Universidad de Ioannina, en Grecia, recientemente han estado explorando las extensiones hipotéticas, pero posibles, de la teoría de la gravedad de Einstein, que son más fáciles de manejar. El más simple de estos marcos teóricos se conoce con el nombre tan poco manejable de de teoría dilatonic Einstein-Gauss-Bonnet o para hacerlo más ágil, como teoría DEGB.

Si las dimensiones extra de las teorías de dimensiones superiores están enrolladas en lo muy pequeño, o "compactadas", eso explicaría por qué no los experimentamos directamente. El proceso de compactación de las seis dimensiones extras de la teoría de cuerdas crea varios campos de fuerza nuevos, como el campo dilatón. De la misma forma que la relatividad general describe la gravedad como la curvatura del espacio, la gravedad de la teoría DEGB depende de una curvatura de la curvatura elevada a la más alta potencia.

Usando este término adicional en las ecuaciones gravitatorias, Kleihaus y sus colegas han descubierto una solución para un agujero de gusano. No necesita nada de energía negativa para mantenerla abierta, e incluso, de ninguna materia en absoluto (Physical Review Letters, vol 107, p 271101).

Otros investigadores han dado la bienvenida a estos resultados, aunque con cautela. "Creo que esto es muy importante y hace que la idea de los agujeros de gusano transitables algo con más probabilidad", señala Aurélien Barrau del Laboratorio de Física subatómica y Cosmología de Grenoble, Francia. "Incluso sin necesidad de materia exótica, esto se basa todavía en ideas muy especulativas".

En conjunto, el trabajo de Bronnikov y de Kim, parece que los agujeros de gusano están bien y verdaderamente en el menú de posibilidades de los astrofísicos de la era post-Einstein. Muy emocionante, el equipo de Kleihaus lo concibe como la conexión entre dos regiones de universos separados. Lo que parecía una mera curiosidad exótica en la época de Einstein, ahora parece posible. El advenimiento de la teoría de cuerdas ha llevado a algunos teóricos a especular que nuestro universo, con sus tres dimensiones del espacio, es una brana-3 flotante en un espacio dimensional superior. Pero, aparte de esto, podría haber otros universos que sean de 4, 5 branas, etcétera. De repente, un agujero de gusano que conecta diferentes universos es una perspectiva excitante.

¿Podrían ser los agujeros de gusano que existan por ahí, en el espacio? Es muy posible. Wheeler sugirió que las fluctuaciones cuánticas podrían transformar la suave tela ondulada del espacio-tiempo a corta distancia en un hervidero de formas complejas, conocido como la espuma cuántica. Según esta imagen, agujeros de gusano, sumamente pequeños y con diferentes topologías, aparecen y desaparecen en un instante.

Sin embargo, hay un proceso natural que podría amplificar estos agujeros de gusano, lo bastante grandes para viajar a su través en la actualidad. La inflación, tal y como se cree que funcionó en la primera fracción de segundo de existencia del universo, provocando una enorme expansión y a una velocidad impresionante. "Al mismo tiempo, podría haber activado esos pequeños agujeros que conforman el tejido sub-microscópico del espacio", señala Kleihaus.

Él y sus colegas han investigado a fondo las propiedades de su agujero de gusano inflacionado (arxiv.org/abs/1111.4049). Para que sea transitable, la diferencia en la gravedad de un cuerpo que viaja a través de un agujero de gusano debe ser lo suficientemente pequeña como para mantener el cuerpo intacto. La buena noticia, dice Kleihaus, es que los fotones y las partículas subatómicas pueden viajar a su través. La mala noticia es que para que un ser humano, mucho más masivo, para que pueda viajar ileso por la gravedad, la boca del agujero de gusano requeriría una curva muy ligera, y esto significa que debería tener decenas o cientos de años luz de diámetro.

Si esto parece un poco excesivo, tenga en cuenta el lado positivo. De acuerdo con Kleihaus, la magnitud de estos agujeros de gusano nos presenta una oportunidad de oro para detectarlos en el espacio. Cuando un telescopio explore a través del campo de estrellas y capte un agujero de gusano vería un cambio abrupto en la vista. "La boca del agujero de gusano, después de todo, es una ventana a otro universo", indicó Kleihaus.

En general, hasta los enormes agujeros de gusano serían difíciles de detectar. Ocultos tras el polvo, el gas y las estrellas, tienen un aspecto muy similar a los agujeros negros. Incluso es posible que Sagitario A*, el supermasivo agujero negro del centro de nuestra Vía Láctea, podría ser un agujero de gusano. Una forma de estar seguro, dice Kleihaus, sería estudiar la materia que se va tragando.

Las observaciones muestran que el gas que gira alrededor de un agujero negro va formando un disco de materia tan caliente que emite rayos-X, y esperamos lo mismo en las bocas de los agujeros de gusano. Nadie ha construido un telescopio cuya resolución sea lo suficientemente alta que pueda captar la imagen del núcleo de un agujero negro, aunque los astrónomos están construyendo uno capaz de escindir Sagitario A* (New Scientist, 04 de febrero, pág 27). Si Sagitario A* es en realidad un agujero negro, entonces esperaríamos que los rayos-X para se corten de repente cuando el gas cruce el horizonte de sucesos y nunca se vuelvan a ver. Por otra parte, si se trata de la entrada de un agujero de gusano, entonces seguiríamos viendo los rayos-X, dado que los agujeros de gusano no tienen horizonte de sucesos.


Kleihaus y sus colegas también esperan los astrónomos les ayuden a deducir qué otras firmas similares habría que tener en cuenta de los agujeros de gusano. Una posibilidad es que, si un agujero de gusano pasa entre una estrella distante y la Tierra, su gravedad se distorsionaría, o debido a su “lente gravitacional" la luz de la estrella distante se distinguiría de una manera singular.

Aunque la solución de un agujero de gusano encontrado hasta ahora por la teoría DEGB, que conecta nuestro universo con otro, es posible que existan otras soluciones que conecten diferentes partes de nuestro universo. Kleihaus y sus colegas, tienen la intención de investigar esta posibilidad. Un agujero de gusano así, abriría la perspectiva de un sistema de Metro extraterrestre.

Antes de empezar a ahorrar para un abono de temporada, habría que advertir que la Vía Láctea no puede ser un destino en el mapa de ese Metro. Y eso es debido a que las estrellas de nuestra galaxia están apiñadas en unos pocos años luz unas de otras. Si bien esto no impide la existencia de un agujero de gusano con una boca de decenas de años luz de diámetro, pero esto es algo que hace difícil poder posicionarlo de manera que los sistemas de estrellas no caigan accidentalmente. Las estrellas caídas, sin duda alteran el calendario, y hacen que los usuarios eviten por completo nuestra galaxia.

Este problema no existe en el vacío entre galaxias. Tal vez, en este mismo momento, hay un sistema de Metro intergaláctico conectando regiones más allá de la Vía Láctea, hacia Andrómeda, la Gran Nube de Magallanes o la galaxia Remolino. Seguramente tomaría el Metro en la estación más cercana.


- Referencia: NewScientist.com, 12 de marzo 2012, por Marcus Chown
- Autor: Marcus Chown ha explorado las posibilidades de los agujeros de gusano en su libro para niños, Felicity Frobisher and the Three-Headed Aldebaran Dust Devil (Faber & Faber, 2008)

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