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También
conocido como el puente de Einstein-Rosen , es un aspecto topológico
hipotético del espacio tiempo que es esencialmente un atajo desde un punto
del universo a otro punto en el universo, permitiendo el viaje entre ambos
de una forma más rápida de la que le tomaría a la luz en realizar el mismo
viaje a través del espacio normal.
Los agujeros de gusano se presentan como soluciones para las ecuaciones de
Einstein en la teoría general de la relatividad cuando se aplican a los
agujeros negros. De hecho, surgen tan seguida y fácilmente en este
contexto que algunos teóricos se sienten inclinados a creer que
eventualmente puedan encontrarse o fabricarse contrapartes y, quizá, ser
utilizados para viajes más rápidos que la velocidad de la luz.
La teoría de los agujeros de gusano se remonta a 1916, poco después de que
Einstein publicase su teoría general, cuando Ludwig Flamm, un físico
Vienés desconocido, se fijó en la más simple y teórica forma posible de un
agujero negro – el agujero negro Schwarzschild – y descubrió que las
ecuaciones de Einstein permitían una segunda solución, ahora conocida como
agujero blanco, que se encuentra conectado a la entrada del agujero negro
por un conducto de espacio tiempo.(2) La “entrada” del agujero negro y la
“salida” del agujero blanco podrían estar en diferentes partes del mismo
universo o en diferentes universos. En 1935, Einstein y Nathan Rosen
estudiaron más a fondo la teoría de las conexiones intra- o inter-universo
en una presentación(1) cuyo propósito era el de explicar las partículas
fundamentales, tales como electrones, en términos de túneles de
espacio-tiempo unidos por líneas de fuerza eléctricas. Esto dio paso al
nombre formal de puente Einstein-Rosen a lo cual más tarde el físico John
Wheeler se referiría como “agujero de gusano” (el también acuño los
términos “agujero negro” y “espuma cuántica”). La presentación de Wheeler
en 1955 (3), trata sobre los agujeros de gusano en términos de entidades
topológicas denominadas “geones” e incidentalmente provee el primer
diagrama (ahora muy familiar) de un agujero de gusano como un túnel que
conecta dos aberturas en diferentes regiones del espacio tiempo.
El interés en los agujeros de gusano navegables tomó auge a continuación
de la publicación de un escrito en 1987 de Michael Morris, Kip Thorne, y
Uri Yertsever (MTY) del Instituto de Tecnología en California (4,5). Este
artículo surgió por una solicitud a Thorne hecha por Carl Sagan quien
estaba dándole vueltas a la cabeza a la manera de llevar a la heroína de
su novela “Contact” a través de distancias interestelares a velocidades
mayores que las de la luz. Thorne le pasó el problema a sus estudiantes
profesores Michael Morris y Uri Yertsever, quienes averiguaron de que tal
viaje podría ser posible si un agujero negro pudiese ser mantenido abierto
el suficiente tiempo para que una nave espacial (o cualquier otro objeto)
pasase a través de el. MTY concluyeron que para mantener un agujero de
gusano requeriría de materia con una densidad de energía negativa y una
presión negativa mayor - mayor en magnitud que la densidad de la energía.
Tal materia hipotética es denominada materia exótica. Aunque la existencia
de la materia exótica es especulativa, se conoce una manera de producir
energía de densidad negativa: el efecto Casimir. Como fuente de su agujero
de gusano, MTY se volvieron hacia el vacío cuántico. “El espacio vacío” en
su más mínima escala. Resulta ser que no está vacío sino que hierve con
violentas fluctuaciones en la mismísima geometría del espacio-tiempo. A
este nivel de la naturaleza, se cree que ultra pequeños agujeros de gusano
están continuamente apareciendo y desapareciendo. MTY sugirieron que una
civilización lo suficientemente avanzada podría expandir uno de esos
pequeños agujeros hasta un tamaño macroscópico añadiéndole energía.
Entonces el agujero podría ser estabilizado utilizando el efecto Casimir
colocándole dos esferas súper conductoras cargadas en las bocas del
agujero. Finalmente, las bocas podrían ser transportadas a regiones
bastamente separadas en el espacio para proporcionar una forma de
comunicación y de viaje más rápido que la luz.
Por ejemplo, una boca colocada a bordo de una nave espacial podría ser
llevada a una región a muchos años luz de distancia. Debido a que este
viaje inicial sería a través del espacio tiempo normal, tendría que
efectuarse a velocidades inferiores a la de la luz. Pero durante el viaje
y después, el transporte y la comunicación instantáneas a través del
agujero de gusano serían posibles. La nave podría ser avituallada de
combustible y provisiones a través de la boca que llevaría. También,
gracias a la relativista dilación-tiempo, el viaje no tendría porque por
que ser de larga duración, aún medido desde observadores con base en la
Tierra. Por ejemplo, si una nave rápida, llevando una boca de gusano fuese
a viajar a Vega, a 25 años luz de distancia, a 99.995% de la velocidad de
la luz (dado un factor de dilación-tiempo de 100), los relojes a bordo
medirían el viaje como si sólo tomase tres meses. Pero el agujero de
gusano alargándose desde la nave a la Tierra uniría directamente el
espacio y el tiempo entre las dos bocas – una la de la nave y la otra
dejada atrás en (o cerca) de la Tierra. Por lo tanto, medido también por
los relojes terrestres, el viaje habría tomado sólo tres meses – tres
meses para establecer un más o menos transporte instantáneo y enlaces de
comunicación entre la Tierra y Vega.
Por
supuesto que, el planteamiento del equipo MTY no está exento de sus
dificultades, una de las cuales es que la potencia de las increíblemente
necesarias fuerzas para mantener las bocas del agujero de gusano abiertas
podrían destrozar a cualquiera o cualquier cosa que tratase de pasar a
través de ellas. En un esfuerzo por diseñar un ambiente más benigno para
los viajeros que utilizasen estos agujeros, Matt Visser de la Universidad
de Washington en St Louis concibió un arreglo bajo el cual la región de
espacio tiempo de una de las bocas de estos agujeros es plano (y por lo
mismo libre de fuerzas) pero enmarcado por “puntales” de materia exótica
que contiene una región de curvatura muy aguda (6). Visser visualiza un
diseño cúbico, con conexiones de bocas de agujero espacio-plano en las
esquinas cuadradas y cadenas cósmicas en las orillas. Cada cara del cubo
puede conectarse para hacer cara con otro cubo de agujero de gusano, o
bien las seis caras del cubo pueden conectar con seis diferentes caras de
cubo en seis localizaciones separadas.
Visto todo esto, nuestra tecnología aún no está lista para llevar a cabo
la tarea de construir un entramado de agujeros de gusano; la pregunta que
surge es si realmente puede existir ya en estos momentos. Una posibilidad
es que razas avanzadas en alguna otra parte de la Galaxia o más allá hayan
establecido ya un emparrillado de agujeros de gusano que podríamos
aprender a utilizar. Otra es que puedan ocurrir en forma natural. David
Hochberg y Thomas Kephart de la Universidad Vandebilt han descubierto que,
en los primeros instantes del Universo, la propia gravedad puede haber
dado lugar a regiones de energía negativa en las cuales pueden haberse
formado agujeros de gusano auto estabilizados. Dichos agujeros, creados
durante el Big Bang, pueden estar por ahí hoy en día, distanciándose en
pequeñas o grandes distancias en el espacio.
Referencias:
1. Flamm, L. Phys. Z., 17, 48 (1916).
2. Einstein, A., and Rosen, N. "The Particle Problem in the General Theory
of Relativity", Physical Review, 48, 73 (1935)
3. Wheeler, J. A. "Geons," Physical Review, 97, 511-536 (1955).
4. Morris, M. S, Thorne, K. S., y Yurtsever, U. "Wormholes, Time Machines,
and the Weak Energy Condition," Phys. Rev. Letters, 61, 1446-1449 (1988).
5. Morris, M. S., and Thorne, K. S. "Wormholes in spacetime and their use
for interstellar travel: A tool for teaching general relativity", Am. J.
Phys., 56, No. 5, 395-412 (1988).
6. Visser, M. "Wormholes, baby universes, and causality", Phys. Rev. D,
41, No. 4, 1116-1124 (1990).
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