Escrito en un lenguaje claro, esperamos que ustedes saquen provecho del mismo.
¿Sobrevivirían los Astronautas un Viaje Interestelar a
Través de un Agujero espacio-temporal?
Bueno, depende de su definición de “agujero
espacio-temporal”…
Por Victoria
Jaggard
SMITHSONIAN.COM
NOVIEMBRE 7, 2014
En la ópera espacial Interestelar, los astronautas
buscando salvar a la humanidad encontraron una cuerda salvavidas: un agujero
espacio-temporal que ha aparecido misteriosamente cerca de Saturno. El túnel a
través del espacio-tiempo conduce a una galaxia distante y la posibilidad de
hallar planetas habitables que los seres humanos puedan colonizar. El agujero espacio-temporal de la película
está basado en verdadera física procedente del profesor jubilado de CalTech [el
Instituto Tecnológico de California – N. del T.] Kip
Thorne, un astrofísico pionero que también ayudó a Carl Sagan a diseñar
su agujero espacio-temporal para la novela Contacto.
Las visualizaciones son imponentes y están siendo celebradas como unas de las más precisas simulaciones de agujeros espacio-temporales y
agujeros negros en una película. Pero hay un aspecto de zambullirse en un
expreso interestelar que el film no trata: ¿cómo sobrevivimos al viaje?
Aunque no lo llamaron así, el agujero espacio-temporal
original fue un hijo de Albert Einstein y su asistente Nathan Rosen. Ellos
estaban tratando de resolver las ecuaciones de Einstein para la relatividad
general en una forma que últimamente conduciría a un modelo puramente
matemático de todo el universo, incluyendo la gravedad y las partículas que
constituyen la materia. Su intento implicó describir al espacio como dos hojas
geométricas conectadas por “puentes”, que percibimos como partículas.
Otro físico, Ludwig Flamm, había descubierto independientemente tales puentes en
1916 en su solución a las ecuaciones de Einstein. Lamentablemente para todos
ellos, su “teoría del todo” no funcionó, porque los puentes teóricos finalmente
no se comportaban como verdaderas partículas.
Pero el artículo de Einstein y Rosen de 1935
popularizó el concepto de un túnel a través de la estructura del
espacio-tiempo e hizo que otros físicos pensaran seriamente acerca de sus
implicaciones.
El físico de Princeton, John Wheeler acuñó la
expresión “agujero espacio-temporal” en la década de los 60s cuando estaba
explorando los modelos de puentes de Einstein-Rosen. Notó que los puentes son
similares a los agujers que los gusanos hacen en las manzanas. Una hormiga
trepando por un lado de la manzana al otro puede caminar lentamente todo
alrededor de su curvada superficie, o tomar un atajo a través del túnel del
gusano. Ahora imaginemos que nuestro espacio-tiempo tridimensional es la piel
de la manzana que se curva en torno a una mayor dimensión llamada “el bulto”.
Un puente Einstein-Rosen es un túnel a través del bulto que le permite a los
viajeros tomar una vía rápida entre dos puntos en el espacio. Suena extraño,
pero es una solución matemática legítima para la relatividad general.
Wheeler se dio cuenta que las bocas de los puentes de
Einstein-Rosen fácilmente coincidían con las descripciones de lo que se conoce
como agujero negro de Schwarzschild, una
simple esfera de materia tan densa que ni aun la luz pueda escapar de su jalón
gravitacional. ¡Ajá! Los astrónomos creen que los agujeros negros existen y
están formados por los núcleos de estrellas extremadamente masivas colapsando
en sí mismas. Entonces, ¿pueden los agujeros negros también ser agujeros
espacio-temporales y entonces atajos para el viaje interestelar? Matemáticamente hablando, quizás –pero nadie
sobreviviría al viaje.
En e modelo de Schwarzschild, el corazón oscuro de un
agujero negro es una singularidad, una esfera neutral, inamovible con infinita
densidad. Wheeler calculó qué pasaría si nace un agujero espacio-temporal
cuando dos singularidades en partes extremadamente lejanas del universo se
funden en el bulto, creando un túnel entre los agujeros negros de
Schwarzschild. Halló que tal agujero espacio-temporal es inherentemente
inestable: el túnel se forma, pero entonces se contrae y se desconecta,
quedando una vez más en apenas dos
singularidades. Este proceso de crecimiento y contracción ocurre tan rápido que
ni siquiera la luz puede pasar a través del túnel, y un astronauta que tratara
de pasarlo se encontraría con una singularidad. Eso significa muerte repentina,
dado que las inmensas fuerzas gravitacionales descuartizarían al viajero.
“Cualquier cosa o cualquiera que intente el viaje
¡¡será destruido en la desconexión!! Escribe Thorne en su libro que acompaña la
película, The
Science of Interstellar. [La Ciencia de Interestelar – N.del T.]
Amazon.com:
The Science of Interstellar (9780393351378): Kip Thorne, Christopher Nolan:
Books
Hay una alternativa: un agujero negro rotatorio de
Kerr, que es otra posibilidad en la relatividad general. La singularidad dentro
de un agujero negro de Kerr es un anillo en lugar de una esfera, y algunos
modelos sugieren que una persona podría sobrevivir el viaje si pasa
eficientemente a través del centro de este anillo como una pelota de basquetbol
sin tocar el aro. Thorne, sin embargo, tiene una cantidad de objeciones a esta
noción.
En un artículo de 1987 acerca de un viaje a
través de un agujero espacio-temporal, destaca que la garganta de un
agujero espacio-temporal de Kerr contiene una región llamada horizonte de
Cauchy que es muy inestable. La matemática dice que tan pronto como algo, aún
la luz, trata de pasar este horizonte, el túnel colapsa. Aun si el agujero
espacio-temporal pudiera de alguna manera ser estabilizado, la teoría cuántica
nos dice que la parte interior va a estar inundada de partículas de alta
energía. Ponga un pie en un agujero espacio-temporal de Kerr y será frito hasta
quedar crocante.
El truco es que la física aún tiene que casar las
reglas clásicas de la gravedad con el mundo cuántico, una elusiva pizca de
matemáticas que muchos investigadores están tratando de precisar. En un giro de
la imagen, Juan Maldacena en Princeton y
Leonard Susskind en Stanford propusieron que los agujeros espacio-temporales
pueden ser como manifestaciones físicas de la interrelación [entanglement – N.
del T.], cuando objetos cuánticos están vinculados no importa cuán aparte
estén.
Es famoso que Einstein describí a la interrelación
como una “acción espeluznante a distancia” y resistió la noción. Pero gran
cantidad de experimentos nos dicen que la interrelación es real –ya se usa comercialmente para proteger las
comunicaciones en línea, tales como transacciones bancarias. De acuerdo con
Maldacena y Susskind, grandes cantidades de interrelación cambian la geometría
del espacio-tiempo y pueden dar nacimiento a agujeros espacio-temporales en la
forma de agujeros negros interrelacionados.
Pero su versión no es una puerta interestelar.
“Hay agujeros espacio-temporales que no permiten
viajar más rápido que la luz”, dice Maldacena. “Sin embargo, pueden permitir
encontrar a alguien adentro, con la pequeña advertencia de que ambos entonces
morirán en una singularidad gravitacional.”
Está bien, entonces los agujeros negros son un
problema. Entonces, ¿qué puede ser posiblemente un agujero espacio-temporal? Avi Loeb del Centro Harvard-Smithsoniano para
Astrofísica dice que nuestras opciones están ampliamente abiertas: “Dado que
aún no tenemos una teoría que unifique en forma confiable la relatividad
general con la mecánica cuántica, no conocemos el zoológico completo de las
posibles estructuras espacio-temporales que podrían albergar agujeros
espacio-temporales.”
Aún hay un obstáculo. Thorne halló en su trabajo de
1987 que cualquier tipo de agujero espacio-temporal que sea consistente con la
relatividad general colapsará a menos que sea abierto por lo que él llama
“materia exótica” con energía negativa. Él argumenta que tenemos evidencia de
la materia exótica gracias a experimentos que muestran cómo fluctuaciones
cuánticas en el vacío parecen crear presión negativa entre dos espejos colocados
muy cercanos uno al otro. Y Loeb piensa que nuestras observaciones de energía oscura son más indicios de que la materia
exótica existe.
“Observamos que a lo largo de la reciente historia
cósmica, las galaxias galaxias se han alejado de nosotros a una velocidad que
aumenta con el tiempo, como si actuaran bajo gravedad repulsiva”, dice Loeb. “Esta
expansión acelerada del universo puede explicarse si el universo está lleno de
una sustancia que tiene una presión negativa…justamente como el material
necesario para crear un agujero espacio-temporal.”
Ambos físicos están de
acuerdo, no obstante, que se necesita demasiada materia exótica para que un
agujero espacio-temporal se forma alguna vez naturalmente, y sólo una
civilización altamente avanzada podría alguna vez tener la esperanza de
acumular suficiente de eso para estabilizar un agujero espacio-temporal.
Pero otros físicos no están convencidos. “Pienso que
un agujero espacio-temporal estable y que se pueda atravesar sería muy confuso
y parece inconsistente con las leyes de física tal cual las conocemos,” dice
Maldacena. Sabine Hossenfelder del Instituto
Nórdico de Física Teórica en Suecia aún es más escéptica: “Tenemos
absolutamente indicación cero de que esto exista. Sin duda se cree ampliamente
que no puede existir, porque si existiera, el vacío sería inestable.” Aún si la
materia exótica estuviese disponible, viajar a través de ella podría no ser
lindo. Los efectos exactos dependerían de la curvatura del espacio-tiempo en
torno al agujero espacio-temporal y la densidad de la energía dentro de él,
dice. “Es casi lo mismo que sucede con los agujeros negros: demasiada marea de
fuerzas y uno es destrozado.”
A pesar de sus vínculos con la película, Thorne
también es pesimista de que se pueda siquiera atravesar un agujero
espacio-temporal, mucho menos sobrevivir. “Si pueden existir, dudo mucho que se puedan formar naturalmente en el
universo astrofísico,” escribe en el libro. Pero Thorne agradece que
Christopher y Jonah Nolan, que
escribieron Interestelar, fueran tan
aplicados de relatar una historia que está basada en la ciencia.
“La historia es ahora esencialmente toda de Chris y
Jonah,” declaró Thorne a Wired en una entrevista exclusiva. “Pero el
espíritu de la misma, el objetivo de tener una película en la cual la ciencia
está incrustada en la trama desde el principio –y es gran ciencia— eso ha sido
preservado.”
[Traducción especial de Milton W. Hourcade]
