Qué son los exóticos "agujeros de gusano" de Einstein y Rosen (y dónde podrían estar)

 

"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 al 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.


Nathan Rosen (1909-1995, izq.), aquí con el físico estadounidense Joseph Weber (1919-2000), empezó su brillante carrera como asistente de Einstein en el Instituto de Estudios Avanzados de la Universidad de Princeton entre 1934 y 1936.

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.

Qué es un agujero negro (y qué posibilidades hay de que la Tierra caiga en uno)

 

La "espaguetización" es uno de los efectos más conocidos de lo que nos pasaría ante la poco probable posibilidad de que cayéramos en un 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.

La novela "Contacto" de Carl Sagan fue llevada a la pantalla grande en 1997 en una película con el mismo nombre protagonizada por Jodie Foster.

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 "Volver al futuro", un adolescente rebelde viaja de 1985 a 1955, la época en que sus padres se conocieron. Eventualmente, cambia los hechos específicos de la línea original de tiempo y pone en peligro su existencia.

 

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.

El poder de predicción de las matemáticas para predecir cosas que no se han visto

"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!"


No es la primera vez que una manzana nos ayuda a entender lo que nos rodea.

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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Comentario por Lourdes-..L❤... el mayo 30, 2020 a las 5:04am

Gracias a ti MG por tu tiempo en leerlo, y me contenta que te guste....siempre es bueno aprender un poco de cada cosa...Mi cariño de siempre....Facundo ;););)

Comentario por Facundo. M.G el mayo 29, 2020 a las 7:25am
  1. Muy interesante de leer, Ya que me gusta la astro física. Gracias por compartir tan interesante material..
Comentario por Lourdes-..L❤... el mayo 28, 2020 a las 3:34am

Te ofrezco disculpas por no responder antes, pero el problema de la conexión es caótico. En  cuanto a tu comentario, tienes razón la luz prohibida suena a película hasta de pokemon ;);) pero cuando lei sobre la física cuántica lo encontré y agradezco tu respuesta. Ósea que en resumen, las emisiones de "luz prohibida" podrían aplicarse para la fabricación de computadoras cuánticas de alta velocidad, así como en las comunicaciones y otras tecnologías. No es mi área, pero aprendí algo nuevo

Gracias Rebelde ;);) Estamos en contacto

Comentario por Rebel el mayo 26, 2020 a las 12:44pm

Sí, lo ordenadores cuánticos se basarían en una de las propiedades más extrañas y alejadas del sentido común de la mecánica cuántica, la llamada superposición, el que cualquier partícula pueda encontrarse en múltiples lugares "a la vez"  https://www.youtube.com/watch?v=b1oZksHkJgM Usarán esa propiedad de "múltiples estados a la vez" (no sólo 1 o 0 como en la actualidad) para hacer cálculos con todas las combinaciones posibles y simultáneamente, multiplicando así casi exponencialmente su potencia en relación a los ordenadores actuales, que comparados con estos parecerán del ciberjurásico, serán de otro nivel, y permitirán avanzar mucho más rápido, por ejemplo, en la investigación y la búsqueda de tratamientos para las enfermedades, como algunas sin cura en la actualidad, aparte de muchas otras aplicaciones, predicción meteorológica, encriptación, seguridad, industria. ocio, inteligencia artificial, investigación en diferentes campos de la ciencia, educación, etc, etc Si se usan bien, nos ayudarán a progresar.

La luz prohibida (aunque suene a título de película de Indiana Jones ;) por lo que sé es una investigación reciente que también tiene que ver con la mecánica cuántica, se la llamó así porque parecía ir en contra de algunas leyes de la física conocida, tendrá aplicaciones en temas de computación cuántica, entre otras.

Un abrazo ;)

Comentario por Lourdes-..L❤... el mayo 26, 2020 a las 3:03am

 Comparto tu opinión con respecto a que la física nos envuelve  en temas que ni imaginábamos saber, yo reconozco mi ignorancia no sabía nada de la física cuántica leí un artículo de José Ignacio Latorre, y así comprendí  que toda la informática, todos los chips, están basados en principios cuánticos. También que La Unión Europea, ha establecido al respecto cuatro grandes pilares de progreso. Entre ellos menciono el físico español el uso de la computación cuántica: hacer ordenadores que trabajen directamente con leyes y menciono algunas de las áreas que van a tener un impacto más potente desde la computación cuántica como son la química, la bioquímica y sus aplicaciones. La curiosidad sobre el tema también me llevo a buscar lo que llaman la luz prohibida. La conoces?

Gracias por tu comentario. Y mantendremos el feed -back. ;);)

Comentario por Rebel el mayo 25, 2020 a las 1:33pm

La película Contact fue algo así como el legado final de Carl Sagan, basada en su novela y un proyecto personal en el que ya venía trabajando desde 1979, aunque no llegó a ver su estreno. Puede que en el futuro se demuestre, más allá de la teoría y de las matemáticas, la existencia de los agujeros de gusano o... quién sabe, tal vez de algo mucho más extraño. Curvaturas del espacio y el tiempo, agujeros de gusano, agujeros negros, las implicaciones para la conciencia, la realidad y el entrelazamiento de la mecánica cuántica, la teoría de los universos múltiples... ideas que desafían el sentido común. Si todo esto y mucho más ya forma parte de la realidad o del debate de la nueva física, no podemos ni imaginar el tipo de física (o de conocimiento, sea el que sea) que pueda existir en un futuro remoto o que tal vez haya descubierto alguna hipotética civilización a lo largo de un millón de años. Estoy de acuerdo con Haldane: Mi propia conjetura es que el universo no es solo más extraño de lo que imaginamos, sino más extraño de lo que podemos imaginar. Sospecho que existen más cosas en el cielo y en la Tierra de las que sueña, o puede soñar, cualquier filosofía."

Saludos ;)

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