Agujeros de gusano

A agujero de gusano Se trata de un hipotético túnel a través del espacio-tiempo que conecta dos regiones distantes, ofreciendo un atajo que, en principio, podría ser mucho más corto que el camino ordinario a través del espacio. La idea se deriva directamente de la de Einstein relatividad general, que trata el espacio y el tiempo como una geometría flexible que la materia y la energía pueden doblar, estirar y posiblemente conectar de maneras inusuales.

Del puente Einstein-Rosen a los túneles en el espacio-tiempo

En 1935, Einstein y Nathan Rosen descubrieron que las matemáticas que describen un agujero negro pueden extenderse a un "puente" que une dos capas de espacio-tiempo: la primera solución de un agujero de gusano, ahora llamada Puente Einstein-Rosen. El problema es que este puente no es transitable: se corta tan rápido que ni siquiera la luz puede cruzar antes de que se cierre, y cualquier cosa que intentara pasar sería aplastada por la singularidad. Es una conexión matemática, no un pasaje utilizable.

Los agujeros de gusano transitables y el problema de la materia exótica

En 1988, Kip Thorne y Michael Morris preguntaron qué se necesitaría para construir un agujero de gusano que un viajero pudiera cruzar. Su respuesta reveló el obstáculo central. Para mantener abierta la garganta de un agujero de gusano contra la tendencia natural de la gravedad a colapsarla, se necesita una región enhebrada con densidad de energía negativa - la llamada materia exótica que gravitacionalmente repele en lugar de atraer. La materia, la energía y la luz ordinarias tienen densidad de energía positiva, por lo que un agujero de gusano transitable exige algo que ningún laboratorio ha embotellado en grandes cantidades.

La física cuántica permite energía negativa fugaz en pequeñas cantidades. El vacío cuántico puede caer por debajo de cero la densidad de energía en el Efecto Casimir, donde dos placas de metal cercanas excluyen algunas fluctuaciones del vacío y crean una pequeña región de energía negativa entre ellas. Esta es la razón por la que las discusiones sobre agujeros de gusano realistas a menudo invocan el efecto Casimir, pero las cantidades involucradas son minúsculas en comparación con lo que requeriría mantener abierta una garganta macroscópica.

Por qué los agujeros de gusano pueden estar prohibidos

Incluso en el papel, los agujeros de gusano se topan con problemas profundos. Como podían conectar puntos distantes casi instantáneamente, un agujero de gusano transitable podría, en principio, convertirse en una máquina del tiempo, lo que plantearía paradojas de causalidad. Stephen Hawking conjetura de protección cronológica propone que las leyes de la física conspiran para evitar exactamente esto, tal vez a través de efectos cuánticos desbocados que destruyan cualquier agujero de gusano antes de que pueda usarse para viajar al pasado. Aún no está resuelto si la naturaleza realmente permite o prohíbe los agujeros de gusano atravesables.

Un error común

Los agujeros de gusano no son agujeros en los que te caes en como un agujero negro. Un verdadero agujero de gusano transitable sería una estructura de dos bocas por la que pasas a través, emergiendo en otra parte, más como un túnel que un desagüe. Y a pesar de su popularidad en la ciencia ficción, nunca se ha observado ningún agujero de gusano; siguen siendo soluciones a las ecuaciones de la relatividad general cuya existencia física es enteramente especulativa.

Por qué la condición energética es el punto conflictivo

El obstáculo para un verdadero agujero de gusano se puede definir con precisión. En la relatividad general, la materia ordinaria obedece a "condiciones energéticas": aproximadamente, esa densidad de energía medida por cualquier observador no es negativa. Mantener abierta la garganta de un agujero de gusano requiere violando estas condiciones: la garganta debe estar rodeada de materia cuya densidad de energía parece negativa al paso de un haz de luz, desenfocándola para que el túnel no se cierre. Los efectos cuánticos pueden producir densidades de energía negativas pequeñas y breves (el efecto Casimir es el caso de los libros de texto), pero están fuertemente restringidos por "desigualdades cuánticas" que limitan cuánta energía negativa se puede concentrar y durante cuánto tiempo. Las estimaciones para un agujero de gusano de tamaño humano exigen una energía negativa total comparable en magnitud a la masa-energía de un planeta o estrella, concentrada en una capa delgada, mucho más allá de lo que se sabe que permiten los efectos cuánticos. Ese abismo, y no un defecto en la geometría, es la razón por la que los agujeros de gusano atravesables siguen siendo especulativos.