Viajar a través de agujeros de gusano es el tema central en muchas películas de ciencia ficción. Y aunque pensemos que no podría escapar del límite de lo no posible, ahora una teoría sugiere que podríamos volar por ellos, y ¿por qué no? llegar a otro punto en el universo.

Mediante los agujeros de gusano las naves podrían lograr viajes más rápidos que la luz y moverse instantáneamente de un punto en el espacio-tiempo a otro. Y mientras que la Teoría General de la Relatividad prohíbe la existencia de «agujeros de gusano atravesables», investigaciones recientes han demostrado que en realidad son posibles dentro del dominio de la física cuántica.

Agujero de gusanos seguros para viajar

Las únicas desventajas son que en realidad tardarían más en atravesar el espacio normal y / o probablemente serían microscópicos. En un nuevo estudio realizado por un par de científicos de la Ivy League, la existencia de física más allá del Modelo Estándar podría significar que existen agujeros de gusano que no solo son lo suficientemente grandes como para ser atravesables, sino que son completamente seguros para los viajeros humanos que buscan llegar desde un punto A al punto B.

Representación de una nave espacial atravesando un agujero de gusano hacia una lejana galaxia. Crédito: NASA (Public domain)

El estudio, titulado «Humanly traversable wormholes», fue realizado por Juan Maldacena, profesor de física teórica del Institute of Advanced Study, y Alexey Milekhin, estudiante de licenciatura en astrofísica de la Princeton University. La pareja ha escrito extensamente sobre el tema de los agujeros de gusano en el pasado y cómo podrían ser un medio para viajar de manera segura por el espacio.

La teoría sobre los agujeros de gusano surgió a principios del siglo XX en respuesta a la Teoría de la Relatividad General de Einstein. El primero en postular su existencia fue Karl Schwarzschild, un físico y astrónomo alemán cuyas soluciones a la ecuación de campo de Einstein (la métrica de Schwarzschild) dieron como resultado la primera base teórica para la existencia de agujeros negros.

Una consecuencia de la métrica de Schwarzschild fue lo que él denominó «agujeros negros eternos», que eran esencialmente conexiones entre diferentes puntos del espacio-tiempo. Sin embargo, estos agujeros de gusano de Schwarzschild (también conocidos como puentes de Einstein-Rosen) no eran estables, ya que colapsarían demasiado rápido para que algo los cruzara de un extremo al otro.

Como Maldacena y Milekhin explicaron, los agujeros de gusano atravesables requieren circunstancias especiales para existir. Esto incluye la existencia de energía negativa, que no está permitida en la física clásica, pero es posible dentro del ámbito de la física cuántica. Un buen ejemplo de esto, afirman, es el efecto Casimir, en el que los campos cuánticos producen energía negativa mientras se propagan a lo largo de un círculo cerrado.

Los investigadores dijeron:

“Sin embargo, este efecto es típicamente pequeño porque es cuántico. En nuestro artículo anterior, nos dimos cuenta de que este efecto puede ser considerable para los agujeros negros con gran carga magnética. La nueva idea era utilizar propiedades especiales de fermiones cargados sin masa (partículas como el electrón pero con masa cero). Para un agujero negro cargado magnéticamente, estos viajan a lo largo de las líneas del campo magnético (de una manera similar a cómo las partículas cargadas del viento solar crean las auroras cerca de las regiones polares de la Tierra)”.

Estas partículas pueden viajar en un círculo entrando en un lugar y emergiendo donde comenzaron en el espacio plano ambiental. Esto implica que la «energía del vacío» se modifica y puede ser negativa. La presencia de esta energía negativa puede respaldar la existencia de un agujero de gusano estable, un puente entre puntos en el espacio-tiempo que no colapsará antes de que algo tenga la oportunidad de atravesarlo.

Esquema de un agujero de gusano que técnicamente permite el viaje a través del tiempo. Crédito: Panzi / Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

Estos agujeros de gusano son posibles basándose en la materia que forma parte del Modelo Estándar de Física de Partículas. El único problema es que estos agujeros de gusano tendrían que ser de tamaño microscópico y solo existirían en distancias muy pequeñas. Para los viajes humanos, los agujeros de gusano tendrían que ser grandes, lo que requiere una física más allá del Modelo Estándar.

Para Maldacena y Milekhin, aquí es donde entra en juego el Modelo de Randall-Sundrum II (también conocido como teoría de la geometría deformada en cinco dimensiones). Nombrado en honor a los físicos teóricos Lisa Randall y Raman Sundrum, este modelo describe el universo en términos de cinco dimensiones y fue propuesto originalmente para resolver un problema de jerarquía en física de partículas.

Los investigadores dijeron:

“El modelo de Randall-Sundrom II se basó en la comprensión de que este espacio-tiempo de cinco dimensiones también podría estar describiendo la física a energías más bajas que las que normalmente exploramos, pero que habría escapado a la detección porque se acopla con nuestra materia solo a través de la gravedad. De hecho, su física es similar a agregar muchos campos sin masa que interactúan fuertemente a la física conocida. Y por esta razón, puede dar lugar a la energía negativa requerida”.

Maldacena y Milekhin concluyeron que estos agujeros de gusano se asemejarían a agujeros negros cargados de tamaño intermedio que generarían fuerzas de marea igualmente poderosas de las que las naves deberían tener cuidado. Para hacer eso, afirman, un viajero potencial necesitaría un factor de impulso muy grande al pasar por el centro del agujero de gusano.

Suponiendo que eso sea posible, queda la pregunta de si estos agujeros de gusano podrían actuar como un atajo entre dos puntos en el espacio-tiempo. Como se señaló, una investigación anterior de Daniel Jafferis de la Harvard University (que también consideró el trabajo de Einstein y Nathan Rosen) mostró que, si bien es posible, los agujeros de gusano estables en realidad tardarían más en atravesar que el espacio normal.

Sin embargo, según el trabajo de Maldacena y Milekhin, sus agujeros de gusano no tardarían casi en atravesar desde la perspectiva del viajero. Desde la perspectiva de un extraño, el tiempo de viaje sería mucho más largo, lo cual es consistente con la Relatividad General, donde las personas que viajan cerca de la velocidad de la luz experimentarán una dilatación del tiempo (es decir, el tiempo se ralentiza). Como dicen Maldacena y Milekhin:

“Para los astronautas que atraviesan el agujero de gusano, solo les tomaría un segundo de su tiempo viajar a una distancia de 10.000 millones de años luz (aproximadamente 8.000 billones de kilómetros o 1/10 del tamaño de la Vía Láctea). Un observador que no atraviesa el agujero de gusano y se queda afuera los ve tardando más de 10.000 años. Y todo esto sin uso de combustible, ya que la gravedad acelera y desacelera la nave espacial”.

Otra ventaja es que atravesar estos agujeros de gusano podría hacerse sin el uso de combustible, ya que la fuerza gravitacional del agujero de gusano en sí aceleraría y desaceleraría la nave espacial. En un escenario de exploración espacial, un piloto necesitaría navegar las fuerzas de marea del agujero de gusano para posicionar su nave espacial correctamente y luego dejar que la naturaleza haga el resto. Un segundo después, emergerían al otro lado de la galaxia.

Representación de un agujero de gusano doblando el espacio tiempo para unir dos puntos lejanos del universo.

Si bien esto puede parecer alentador para quienes piensan que los agujeros de gusano podrían ser un medio de viaje espacial algún día, el trabajo de Maldacena y Milekhin también presenta algunos inconvenientes importantes. Para empezar, enfatizan que los agujeros de gusano atravesables tendrían que diseñarse usando masa negativa ya que no existe ningún mecanismo plausible para la formación natural.

Si bien esto es posible (al menos en teoría), las configuraciones de espacio-tiempo necesarias deberían estar presentes de antemano. Aun así, la masa y el tamaño involucrados son tan grandes que la tarea estaría más allá de cualquier tecnología práctica que podamos prever. En segundo lugar, estos agujeros de gusano solo serían seguros si el espacio fuera frío y plano, lo que no es el caso más allá del modelo Randall Sundrum II.

Además de todo eso, cualquier objeto que entre en el agujero de gusano se acelerará e incluso la presencia de radiación de fondo cósmica generalizada sería un peligro significativo. Sin embargo, Maldacena y Milekhin enfatizan que su estudio se realizó con el propósito de demostrar que pueden existir agujeros de gusano atravesables como resultado de la «interacción sutil entre la relatividad general y la física cuántica».

En resumen, no es probable que los agujeros de gusano se conviertan en una forma práctica de viajar por el espacio, al menos, no de ninguna manera previsible. Quizás no estarían más allá de una civilización Kardashev Tipo II o Tipo III, pero eso es solo una especulación. Aun así, es ciertamente alentador saber que un elemento importante de la ciencia ficción no escapa al ámbito de lo posible.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en el sitio web de pre-impresión arXiv.org.

Fuente: livescience