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Ciencia

¿Qué tan cerca estamos de construir un agujero de gusano que nos lleve a otras épocas?

La teoría de la relatividad general describió la posibilidad de abrir atajos en el espacio-tiempo para conectar dos puntos del universo. Ahora, los físicos agotan sus esfuerzos en hacerlos realidad.

Un túnel espaciotemporal del futuro, conocido como agujero de gusano o puente Einstein-Rosen, estabilizado en medio de una urbe. Foto: Adobe Stock
Un túnel espaciotemporal del futuro, conocido como agujero de gusano o puente Einstein-Rosen, estabilizado en medio de una urbe. Foto: Adobe Stock
Bruno Cueva V.

¿Alguna vez imaginaste una autopista espacial sin limitaciones? No estamos sugiriendo construir una extensión del magnífico ascensor hipotético que sale de la Tierra hacia su órbita, soñado por primera vez (1895) en la mente del soviético Konstantín Eduárdovich Tsiolkovsky, ‘el Padre de la Cosmonáutica’, sino de una probabilidad física que nos otorgaría la facultad de abrir atajos desde una coordenada universal a otra: un agujero de gusano.

Como dijo Arthur C. Clarke en un momento de prominente lucidez: “Lo que hoy ha empezado como novela de ciencia ficción, mañana será terminado como reportaje”. Los agujeros de gusano, una predicción de la teoría de la relatividad general, ejemplifican las palabras del autor de “2001, una odisea espacial” al pie de la letra.

Los antecedentes más antiguos sobre las discusiones de esta hipótesis datan desde el año 1916. Resolviendo ecuaciones de campo de la teoría de la relatividad, el físico austriaco Ludwig Flamm propuso la idea de estas estructuras hipotéticas, después denominadas puentes de Einstein-Rosen por un estudio de 1935 publicado en la revista Cartas de Revisión Física a nombre de Albert Einstein y el físico israelí Nathan Rosen.

Nathan Rosen y Albert Einstein en una foto de 1935. Foto: TimeGraphics.

Los autores del estudio citado también destacaron que cada agujero negro, región del espacio en donde ni la luz puede escapar de su atracción gravitatoria, estaría emparejado con un agujero blanco, de propiedades contrarias a su gemelo oscuro, y la garganta que separa a ambos sería el agujero de gusano.

Llegaron los años 50 y John Wheeler, reputado físico de la Universidad Johns Hopkins, también trató de describir el fenómeno a su estilo.

Wheeler y Einstein —por separado— trabajaron el modelo teórico con agujeros de gusano inestables, es decir, una variante que se abre como portal en el espacio-tiempo, poco a poco, y desaparece o se evapora de manera esporádica.

En la quincena de octubre de 1962, al respecto, John Wheeler y Robert W. Fuller, físico de la Universidad de Princeton, se cuestionaron si una señal del cosmos que viaje en una ruta a la velocidad de la luz (unos 300.00 km/s) podría ser superada por otra que use un camino mucho más corto o agujero de gusano.

John Wheeler defendió el principio antrópico: el universo se justifica por los seres humanos. Foto: New York Times / Redux

El simple hecho de mencionar algo capaz de ganarle la carrera a la velocidad de la luz —indirectamente, claro está— ya conlleva a que toda la comunidad de especialistas, sean antiguos o prometedores, se entregue a la perplejidad.

¿Llegaremos a construir un agujero de gusano que nos permita volver al pasado o empujarnos a visitar incalculables direcciones galácticas? Tanto en la ficción como en la realidad, los científicos ya comenzaron a tomar la premisa en serio pese a que tarden años en dominar las probables leyes escondidas detrás de esos pasadizos de la relatividad.

Dos partículas elementales provocan la aparición de agujeros de gusano

Conforme a un artículo publicado el 20 de noviembre de 2013, el entrelazamiento cuántico de un quark (partícula elemental) y un antiquark generarían la aparición de un agujero de gusano que conecte a ese par.

Julian Sonner, único firmante del estudio, del Laboratorio de Ciencia Nuclear y Centro de Física Teórica de MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts), publicó sus resultados al tener como base la teoría de que un agujero negro y un agujero blanco, cuya densidad deforma al espacio-tiempo, arroja materia y no deja entrar nada, se unen cuánticamente por un puente Einstein-Rosen.

El par de partículas entrelazado y el agujero de gusano que las une. Foto: Julian Sonner / Cartas de Revisión Física

“Hay muchos caminos que pueden recorrerse en esta investigación y este trabajo puede llegar a ser muy útil en ese sentido”, se animó a declarar Sonner aquella vez.

Sonner creó en un entorno de laboratorio el quark y antiquark con conceptos cuánticos que permiten que surja algo de la nada (efecto Schwinger). Antes de que desaparezcan, les aplicó un campo eléctrico. Luego, el científico apreció el agujero de gusano. Sin embargo, lo que aún no queda claro es cómo sostener la estabilidad de esta representación básica.

Una dimensión extra para adentrarnos en los agujeros de gusano

Dos estudios estuvieron en la mira pública en el año 2021 por tratar de explicar qué sucedería con un humano si cruzaba por las fauces de un puente Einstein-Rosen.

Uno de ellos, firmado por Juan Martín Maldacena del Instituto de Estudios Avanzados y Alexey Milekhin de la Universidad de Princeton, expuso que, al simular la existencia de más de cuatro dimensiones (modelo de Randall-Sundrum), un explorador podría transitar un agujero negro. Los resultados se publicaron en Revisión Física D.

Ilustración de un agujero de gusano que conecta dos puntos lejanos en el espacio-tiempo. Foto: ESO / L. Calçada

La debilidad es que, según Maldacena, su equipo empleó una clase de “materia exótica”, aunque la solución “respeta los principios de la física conocida”. No obstante, sumar las variables supuestas a una teoría no comprobada sobre túneles escurridizos como los puentes Einstein-Rosen producen el doble de dudas.

En el otro trabajo, subido a Cartas de Revisión Física, tres científicos desestimaron a tal materia exótica y la cambiaron por materia ordinaria. Ellos se enfocaron en unificar la teoría de la relatividad general, la de campos electromagnéticos de Maxwell y la de Dirac para los fermiones (partículas elementales). Así, concluyeron que los agujeros de gusano permanecerían a escala microscópica. ¿Cuál sería la estrategia para estirarlo? Quedamos a la expectativa de esa respuesta.

Los agujeros de gusano no siempre colapsarían

¿En verdad todos los agujeros de gusano colapsan inmediatamente? El físico Pascal Koiran de la Ecole Normale Supérieure de Lyon en Francia usó una técnica de nombre “métrica de Eddington-Finkelstein” para rastrear la trayectoria de una partícula a través de un agujero de gusano.

Observó que la partícula no se comportó mal mientras entraba en el túnel espaciotemporal y salía. El caos, entonces, pudo evadirse. Los resultados preliminares se alojan en la plataforma de arxiv.

Sin embargo, la mala noticia sigue siendo la inestabilidad. A los científicos se les hace difícil pronosticar el destino final del agujero de gusano. Siempre se respira pesimismo. Si bien se demostró que el túnel espaciotemporal podía rehuirle a los conceptos catastróficos que se piensan acerca de su existencia, cuando se mantengan en pleno funcionamiento, los físicos teóricos se zambullirán en los océanos del microcosmos para ver más allá del iceberg.

Inspirados por los agujeros de gusano

La historia de los agujeros de gusano ligada a la literatura y el cine se remonta a la publicación del libro “Contacto” (1985) de Carl Sagan, otrora conductor de la serie documental “Cosmos: un viaje personal” (1980).

Fue gracias a Kip S. Thorne, premiado con el Nóbel de Física 2017 por “contribuciones decisivas al detector LIGO y la observación de ondas gravitacionales”, que Sagan organizó importantísimos detalles de su obra para nutrirla de más verosimilitud, punto equilibrio indispensable en la ciencia ficción.

En la actualidad, referirse a Thorne es igual de inspirador. La eminencia en relatividad general estuvo a cargo, asimismo, de la producción ejecutiva del film “Interestellar” (2014, Christopher Nolan).

Weiss, Barish y Thorne compartieron el Nóbel de Física 2017. Foto: Nobel Prize / Nobel Media AB / A. Mahmoud

Para cumplir con el objetivo de mantener una comunicación fructífera con inteligencias extraterrestres, Sagan eligió enviar a la protagonista Eleanor ‘Ellie’ Arroway a una estrella cercana usando agujeros negros como atajo, pero no estaba seguro de plasmar en el papel ese mecanismo, por lo que le pidió asesoría a Thorne.

Kip S. Thorne le contestó que el poder intratable de la singularidad aniquilaría al viajero. Luego, le propuso que Arroway atraviese un agujero de gusano en vez de un agujero negro, aunque se sabía poco de esos túneles.

La actriz Jodie Foster dio vida a Eleanor 'Ellie' Arroway, una científica que encuentra pruebas de vida fuera de la Tierra en la película "Contacto" (1997, Robert Zemeckis), basada en el libro homónimo. Foto: Warner Bros.

Según Kip, una civilización de tecnología muy superior a la nuestra podría crearlos al aplicar las matemáticas hermanadas a estas dos opciones:

  • Bajo el método de la espuma cuántica: lugares diminutos del espacio-tiempo estarían conectados por miniagujeros de gusano. Habría que manipularlos y agrandarlos.
  • Bajo el método clásico de la relatividad general: se requiere un tipo especial de materia de repulsión gravitatoria con masa negativa. De esa forma, el puente Einstein-Rosen quedaría abierto.

Recién el 26 de septiembre de 1988, este científico educado en el Instituto de Tecnología de California (Caltech), viejo amigo de Stephen Hawking, consiguió que las Cartas de Revisión Física saquen a la luz un artículo bien ajustado a las bases, encausando sus conjeturas hacia las jerarquías loables del conocimiento.

Acompañado de los coautores de aquel manuscrito, Michael S. Morris y Ulvi Yurtsever, Thorne expresó: “Se argumenta que, si las leyes de la física permiten que una civilización avanzada cree y mantenga un agujero de gusano en el espacio para viajes interestelares, entonces ese agujero de gusano se puede convertir en una máquina del tiempo”.