Año 18 Número 70 – Septiembre 2020

Por Luciano Combi

Recientemente, los diarios de nuestro país reprodujeron la noticia de una “espectacular revelación” alcanzada por el físico argentino Juan Maldacena: viajar al futuro sería compatible con las leyes de la física. En su reciente trabajo, Maldacena y Milekhin muestran –según dicen–  que podrían existir agujeros de gusanos atravesables por seres humanos. El concepto de agujero de gusano, sin embargo, no es nuevo. Estos hipotéticos objetos han sido utilizados durante décadas para analizar teóricamente nuestras ideas acerca del tiempo y la materia, y también han sido buscados activamente con telescopios. En esta breve nota contaremos cómo surgió el estudio moderno de agujeros de gusanos y cuál es el valor de este tipo de especulaciones en ciencia.

Empecemos en 1985, cuando Carl Sagan terminaba su novela Contacto. La historia describe el primer contacto de la raza humana con una civilización extraterrestre. En ella, la protagonista Elenor Arroway (interpretada por Jodie Foster en su adaptación cinematográfica de 1997) viaja desde la Tierra hasta las cercanías de la estrella Vega, ubicada a 26 años luz, a través de un portal interespacial. Sagan, buscando una explicación compatible con las leyes de la naturaleza piensa que, acaso, un agujero negro podría describir tal portal. Preocupado por la viabilidad de su idea, decide pedir ayuda a su amigo Kip Thorne, experto mundial en agujeros negros. Thorne acepta con entusiasmo y recibe la novela por correo unas semanas después. Al leerla, se da cuenta rápidamente de que la idea de Sagan es deficiente: un túnel interespecial dentro de un agujero negro sería inevitablmente destruido por pequeñas perturbaciones y no se podría usar para viajar grandes distancias. La heroína, explica Thorne a Sagan, debería en cambio utilizar un agujero de gusano.


En esta representación de un agujero de gusano como los discutidos por Morris y Thorne, la Universidad de Tubingen se conecta con las dunas de Boulogne sur Mer en la costa norte de Francia

Un agujero de gusano es un atajo que conecta dos puntos distantes del espaciotiempo. Las primeras nociones de agujero de gusano se pueden encontrar en los albores de la Relatividad General, con el trabajo de Flemm en 1916, redescubierto por Einstein y Rosen en 1935, y estudiado matemáticamente por Wheeler y su grupo en los años 60. Fue este último quien acuña por primera vez el término agujero de gusano (nótese que Wheeler era famoso por su entusiasmo, típicamente norteamericano, de branding, e.g. fue el inventor del término agujero negro). Hasta ese entonces, la teoría de la Relatividad General era mayoritariamente estudiada por matemáticos y, aunque aceptada por la comunidad, había tenido poca aplicación empírica. En 1970, el auge de la astronomía observacional en ondas de radio y en rayos X, junto al descubrimiento de los cuásares, reactiva enormemente el interés por la teoría.

Volviendo a finales de los 80, después de ayudar a Sagan, Thorne ve en estos agujeros de gusano una oportunidad para aprender y enseñar algunos conceptos de Relatividad General. Decide entonces, junto con su alumno Mike Morris, escribir un artículo de carácter pedagógico e investigar más acerca de estos objetos. Este ejercicio estimularía varios caminos de investigación de física fundamental y observacional. En primer lugar, Thorne y Morris, basados en los estudios globales de Stephen Hawking y otros, entienden que estos agujeros de gusanos solo pueden ser atravesables (como necesitaba Sagan en su novela) si son sostenidos por materia exótica, es decir, materia con propiedades muy diferentes a las observadas hasta ahora. Imaginemos, por ejemplo, materia cuya masa es negativa ¿cómo y dónde se podría generar este tipo de materia? Esta pregunta específica generaría también numerosos trabajos acerca de las propiedades cuánticas de la materia. Por otro lado, exponiendo estas ideas a otros científicos, Morris y Thorne se dan cuenta que estos agujeros de gusano también permitirían la posibilidad de viajes temporales. En 1989, junto a U. Yurtzever,  publican un artículo poco convencional en Physical Review Letters que titulan ‘Agujeros de gusano, máquinas del tiempo, y la condición débil de energía’ en donde exploran las consecuencias de los agujeros de gusanos a nuestras nociones de tiempo y causalidad (es interesante aclarar que la solución de agujero de gusano de Morris-Thorne había sido en realidad obtenida por Horner Ellis y Bronnikov en los años setenta). 

Por último, si estos agujeros de gusano existieran, deberían interactuar con el resto del universo. De esta interacción se generarían señales electromagnéticas que podrían distinguirlos de otros objetos como agujeros negros, de los cuales tenemos abundante evidencia observacional. Esfuerzos para modelar y observar agujeros de gusano a través de lensing (efecto de “lupa gravitacional”), emisión de rayos gamma, etc., fueron populares hace dos décadas pero la falta de evidencia hizo decaer finalmente el estudio de estos objetos. 

En los últimos años, físicos expertos en la llamada dualidad AdS/CFT (un conjunto de técnicas de cálculo nacidas de la teoría de cuerdas) han reactivado la investigación teórica en agujeros de gusano y hasta se han atrevido a relacionarlos con el entrelazamiento cuántico. Pero muchas de estas elucubraciones distan de las motivaciones originales de Morris y Thornes ya que ocurren en teorías con poca utilidad para describir la realidad. En el trabajo que mencionamos al principio, Maldacena y Milekhin nos ofrecen una nueva forma de construir un agujero de gusano que evita la necesidad de materia exótica. “Solo” necesitamos que nuestro Universo tenga 5 dimensiones y no 4, una teoría alternativa de la gravitación diferente a la Relatividad General, y un tipo de materia oscura que no sabemos si existe. 

¿Qué  enseñan entonces estos artilugios teóricos acerca del Mundo? El físico necesita de creatividad y destreza matemática para desarrollar teorías, pero la ciencia debe funcionar en un círculo virtuoso que se retroalimente de la evidencia empírica. Si estudiamos las implicaciones de una teoría, esto tendrá valor científico si la teoría representa, o al menos pretende representar, algún aspecto del mundo. Lo mismo ocurre cuando se construyen modelos específicos: estos deben servir para describir una realización específica de un sistema. Por ejemplo, la Relatividad General es nuestra teoría más exitosa para describir la gravedad y modelar gran cantidad de fenómenos en el universo. El interés de Kip Thorne por entender algunas de sus más profundas implicaciones a través de estos agujeros de gusano sirvió finalmente para analizar aspectos importantes de nuestras nociones de espacio, tiempo y materia. A su vez, estos hipotéticos objetos y otras propuestas similares dentro de la Relatividad General constituyen en su mayoría predicciones concretas que podemos testear con nuestros telescopios. Pero en general, si la evidencia observacional es escasa, debemos ser cautos en la postulación de nuevas teorías y entidades. Las especulaciones, los experimentos mentales, y los criterios estéticos pueden ser de utilidad para el físico, pero en última instancia, la realidad es indiferente a nuestros deseos.


Para ver y leer más

Animaciones, películas y simulaciones de viajes por agujeros de gusanos

Repercusiones del nuevo trabajo de Maldacena

Libros clásicos sobre agujeros de gusano

Créditos de la imagen: https://www.spacetimetravel.org/wurmlochflug/wurmlochflug.html