Agujeros de Gusano o Puente de Einstein-Rosen

En Física, un Agujero de Gusano, también conocido como un Puente de Einstein-Rosen, es una hipotética característica topológica del espacio-tiempo, descrita por las ecuaciones de la relatividad general, la cual es esencialmente un "atajo" a través del espacio y el tiempo.

Un agujero de gusano tiene por lo menos dos extremos, conectados a una única "garganta", pudiendo la materia 'viajar' de un extremo a otro pasando a través de ésta.

• El supuestamente formado por un agujero negro de Schwarzschild, este "agujero de gusano de Schwarzschild" producido por un agujero negro de Schwarzschild se considera infranqueable;

• El agujero de gusano supuestamente formado por un agujero negro de Reissner-Nordstrøm o Kerr-Newman, resultaría franqueable pero en una sola dirección, pudiendo contener un "agujero de gusano de Schwarzschild";

• El agujero de gusano de Lorentz posee masa negativa y se hipotetiza como franqueable en ambas direcciones (pasado/futuro).

Tomado del Portal de Stephen Hawking: Hola. Mi nombre es Stephen Hawking. Físico, cosmologista, y también soñador. Aunque no puedo moverme y tengo que hablar a través de una computadora, en mi mente soy libre. Libre para explorar el universo y hacer las grandes preguntas, como: es posible el viaje en el tiempo? Podemos abrir un portal al pasado, o encontrar un atajo al futuro? Podemos finalmente usar las reglas de la naturaleza para convertirnos en maestros del mismo tiempo?

El primer científico en teorizar la existencia de agujeros de gusanos fue Ludwig Flamm en 1916. En este sentido la hipótesis del agujero de gusano es una actualización de la decimonónica teoría de una cuarta dimensión espacial que suponía -por ejemplo- dado un cuerpo toroidal en el que se podían encontrar las tres dimensiones espaciales comúnmente perceptibles, una cuarta dimensión espacial que abreviara las distancias, y así los tiempos de viaje. Esta noción inicial fue plasmada más científicamente en 1921 por el matemático Hermann Weyl en conexión con sus análisis de la masa en términos de la energía de un campo electromagnético.

En la actualidad la teoría de cuerdas admite la existencia de más de 3 dimensiones espaciales pero las otras dimensiones espaciales estarían contractadas o compactadas a escalas subatómicas (según la teoría de Kaluza-Klein) por lo que parece muy difícil (diríase "imposible") aprovechar tales dimensiones espaciales "extra" para viajes en el espacio y en el tiempo.

El término "agujero de gusano" fue introducido por el físico teórico norteamericano John Wheeler en 1957 y proviene de la siguiente analogía, usada para explicar el fenómeno: imagine que el universo es la cáscara de una manzana, y un gusano viaja sobre su superficie. La distancia desde un lado de la manzana hasta el otro es igual a la mitad de la circunferencia de la manzana si el gusano permanece sobre la superficie de ésta. Pero si en vez de esto, cavara un agujero directamente a través de la manzana la distancia que tendría que recorrer sería considerablemente menor, recordando la afirmación que dice "la distancia más cercana entre dos puntos es una línea recta que los une a ambos".

La definición topológica de agujero de gusano no es intuitiva. Se dice que en una región compacta del espacio-tiempo existe un agujero de gusano cuando su conjunto frontera es topológicamente trivial pero cuyo interior no es simplemente conexo. Formalizar esta idea conduce a definiciones como la siguiente, tomada del Lorentzian Wormholes de Matt Visser:

Si un espacio-tiempo de Lorentz contiene una región compacta ? y si la topología de ? es de la forma ? ~ R x ?, donde ? es una de las tres formas múltiples de topología poco trivial, cuya frontera tiene topología de la forma d? ~ S², y si además las hipersuperficies ? son de tipo espacial, entonces, la región ? contiene un agujero de gusano intra-universal cuasipermanente.

Caracterizar agujeros de gusano del inter-universo es más difícil. Por ejemplo, podemos imaginar un universo "recién nacido" conectado a su "universo progenitor" por un "ombligo" estrecho. Cabría considerar el ombligo como la garganta de un agujero de gusano, por la cual el espacio-tiempo está conectado.

Tipos de Agujeros de Gusano

Los agujeros de Gusano del Intra-Universo conectan una posición de un universo con otra posición del mismo universo en un tiempo diferente. Un agujero de gusano debería poder conectar posiciones distantes en el universo por plegamientos espaciotemporales, permitiendo viajar entre ellas en menor tiempo del que tomaría hacer el viaje a través de espacio normal.

Los Agujeros de gusano del Inter-Universo asocian un universo con otro diferente y son denominados agujeros de gusano de Schwarzschild. Esto nos permite especular si tales agujeros de gusano podrían usarse para viajar de un universo a otro paralelo. Otra aplicación de un agujero de gusano podría ser el viaje en el tiempo. En ese caso sería un atajo para desplazarse de un punto espaciotemporal a otro diferente. En la teoría de cuerdas un agujero de gusano es visualizado como la conexión entre dos D-branas, donde las bocas están asociadas a las branas y conectadas por un tubo de flujo. Se cree que los agujeros de gusano son una parte de la espuma cuántica o espaciotemporal.

Otra Clasificación: Los agujeros de gusano Euclídeos, estudiados en física de partículas. Los agujeros de gusano de Lorentz, son principalmente estudiados en relatividad general y en gravedad semiclásica. Los agujeros de gusano atravesables son un tipo especial de agujero de gusano de Lorentz que permitiría a un humano viajar de un lado al otro del agujero. De momento existen teóricamente diferentes tipos de agujeros de gusanos que son principalmente soluciones matemáticas a la cuestión:

Agujeros de gusano de Schwarzschild Los agujeros de gusano de Lorentz, conocidos como agujeros de gusano de Schwarzschild, o puentes de Einstein-Rosen, son nexos que unen áreas de espacio que puede ser modeladas como soluciones de vacío en las ecuaciones de campo de Einstein, por unión de un modelo de un agujero negro y un modelo de un agujero blanco. Esta solución fue hallada por Albert Einstein y su colega Nathan Rosen, que publicó primero el resultado en 1935. Sin embargo, en 1962, John A. Wheeler y Robert W. Fuller publicaron un artículo demostrando que este tipo de agujero de gusano es inestable, y se desintegraría instantáneamente tan pronto como se formase. Antes de que los problemas de estabilidad de los agujeros de gusano de Schwarzschild se hiciesen evidentes, se propuso que los quásares podían ser agujeros blancos, formando así las zonas terminales de los agujeros de gusano de este tipo, sin embargo investigaciones más recientes descartan a los quásares como equiparables a los agujeros blancos. Mientras los agujeros de gusano de Schwarzschild no sean atravesados, su existencia inspiró a Kip Thorne a imaginar agujeros de gusano atravesados creados por la sujeción de la "garganta" de un agujero de gusano de Schwarzschild abierto con materia exótica (materia que tiene masa/energía negativa).

Agujeros de Gusano Atravesables Los agujeros de gusano atravesables de Lorentz permitirían viajar de una parte del Universo a otra de ese mismo Universo muy deprisa o permitirían el viaje de un Universo a otro. Los agujeros de gusano conectan dos puntos del espacio-tiempo, lo cual quiere decir que permitirían el viaje en el tiempo así como también en espacio. La posibilidad de agujeros de gusano atravesados en la relatividad general fue primero demostrada por Kip S. Thorne y su graduado Mike Morris en un artículo publicado en 1988. El tipo de agujero de gusano atravesado que ellos descubrieron, se mantenía abierto por una especie de concha esférica de materia exótica, denominado como agujero de gusano de Morris-Thorne . Posteriormente se han descubierto otros tipos de agujeros de gusano atravesados como posibles soluciones en la relatividad general, como un tipo de agujero que se mantiene abierto por cuerdas cósmicas, el cual ya fue predicho por Matt Visser en un artículo publicado en 1989.

Se sabe que los agujeros de gusano de Lorentz son posibles dentro de la relatividad general, pero la posibilidad física de estas soluciones es incierta. Incluso, se desconoce si la teoría de la gravedad cuántica que se obtiene al condensar la relatividad general con la mecánica cuántica, permitiría la existencia de estos fenómenos. La mayoría de las soluciones conocidas de la relatividad general que permiten la existencia de agujeros de gusano atravesados requieren la existencia de materia extraña, una sustancia teórica que tiene densidad negativa de energía. Sin embargo, no ha sido matemáticamente probado que éste sea un requisito absoluto para este tipo agujeros de gusano atravesados, ni ha sido establecido que la materia exótica no pueda existir.

No se sabe aún empíricamente si existen agujeros de gusano. Una solución a las ecuaciones de la Relatividad General (tal como la que hiciera L. Flamm) que pudiera hacer posible la existencia de un agujero de gusano sin el requisito de una materia exótica — sustancia teórica que poseería una densidad de energía negativa— no ha sido todavía verificada. Muchos físicos, incluido Stephen Hawking ( con su conjetura de protección cronológica de Hawking) consideran que a causa de las paradojas, (¿o acaso aporías?), que un viaje en el tiempo a través de un agujero de gusano implicaría que existiría algo fundamental en las leyes de la física que impide tales fenómenos (ver censura cósmica).

En marzo de 2005, Amos Ori visualizó un agujero de gusano que permitía viajar en el tiempo, sin precisar materia exótica y satisfaciendo todas las condiciones energéticas. La estabilidad de esta solución es incierta, por lo que sigue sin estar claro si se requeriría una precisión infinita para que se formase y permitiese el viaje en el tiempo, y también si los efectos cuánticos protegerían la secuencia cronológica del tiempo en este caso.

Un agujero de gusano podría permitir en teoría el viaje en el tiempo. Esto podría llevarse a cabo acelerando el extremo final de un agujero de gusano a una velocidad relativamente alta respecto de su otro extremo. La dilatación de tiempo relativista resultaría en una boca del agujero de gusano acelerada envejeciendo más lentamente que la boca estacionaria, visto por un observador externo, de forma parecida a lo que se observa en la paradoja de los gemelos. Sin embargo, el tiempo pasa diferente a través del agujero de gusano respecto del exterior, por lo que, los relojes sincronizados en cada boca permanecerán sincronizados para alguien viajando a través del agujero de gusano, sin importar cuanto se muevan las bocas. Esto quiere decir que cualquier cosa que entre por la boca acelerada del agujero de gusano podría salir por la boca estacionaria en un punto temporal anterior al de su entrada si la dilatación de tiempo ha sido suficiente.

Hasta comienzos de este siglo la gente creía en el tiempo absoluto. Es decir, en que cada suceso podría ser etiquetado con un número llamado «tiempo» de una forma única, y todos los buenos relojes estarían de acuerdo en el intervalo de tiempo transcurrido entre dos sucesos. Sin embargo, el descubrimiento de que la velocidad de la luz resultaba ser la misma para todo observador, sin importar cómo se estuviese moviendo éste, condujo a la teoría de la relatividad, y en ésta tenía que abandonarse la idea de que había un tiempo absoluto único. En lugar de ello, cada observador tendría su propia medida del tiempo, que sería la registrada por un reloj que él llevase consigo: relojes correspondientes a diferentes observadores no coincidirían necesariamente. De este modo, el tiempo se convirtió en un concepto más personal, relativo al observador que lo medía.

Cuando se intentaba unificar la gravedad con la mecánica cuántica se tuvo que introducir la idea de tiempo "imaginario". El tiempo imaginario es indistinguible de las direcciones espaciales. Si uno puede ir hacia el norte, también puede dar la vuelta y dirigirse hacia el sur; de la misma forma, si uno puede ir hacia adelante en el tiempo imaginario, debería poder también dar la vuelta e ir hacia atrás. Esto significa que no puede haber ninguna diferencia importante entre las direcciones hacia adelante y hacia atrás del tiempo imaginario. Por el contrario, en el tiempo "real", hay una diferencia muy grande entre las direcciones hacia adelante y hacia atrás, como todos sabemos. ¿De dónde proviene esta diferencia entre el pasado y el futuro? ¿Por qué recordamos el pasado pero no el futuro?

Las leyes de la ciencia no distinguen entre el pasado y el futuro. Con más precisión, como se explicó anteriormente, las leyes de la ciencia no se modifican bajo la combinación de las operaciones (o simetrías) conocidas como C, P y T. (C significa cambiar partículas por antipartículas. P significa tomar la imagen especular, de modo que izquierda y derecha se intercambian. T significa invertir la dirección de movimiento de todas las partículas: en realidad, ejecutar el movimiento hacia atrás.) Las leyes de la ciencia que gobiernan el comportamiento de la materia en todas las situaciones normales no se modifican bajo la combinación de las dos operaciones C y P por sí solas. En otras palabras, la vida sería exactamente la misma para los habitantes de otro planeta que fuesen imágenes especulares de nosotros y que estuviesen hechos de antimateria en vez de materia.

Tratamos el tiempo como si fuera una línea de tren recta por la que sólo se puede ir en una dirección o en la opuesta.

Pero ¿que sucedería si la línea de tren tuviera bucles y ramificaciones de forma que un tren pudiera, yendo siempre hacia adelante, volver a una estación por la que ya ha pasado? En otras palabras, ¿sería posible que alguien pudiera viajar al futuro o al pasado?

H. G. Wells en La máquina del tiempo exploro estas posibilidades, al igual que han hecho otros innumerables escritores de ciencia ficción. Pero muchas de las ideas de ciencia ficción, como los submarinos o los viajes a la Luna, se han convertido en hechos científicos. Así pues, ¿cuáles son las perspectivas de los viajes en el tiempo?

La primera indicación de que las leyes de la física podrían permitir realmente los viajes en el tiempo se produjo en 1949 cuando Kurt Gödel descubrió un nuevo espacio-tiempo permitido por la teoría de la relatividad. Gödel fue un matemático que se hizo famoso al demostrar que es imposible probar todas las afirmaciones verdaderas, incluso si nos limitáramos a tratar de probar las de una materia tan aparentemente segura como la aritmética. Al igual que el principio de incertidumbre, el teorema de incompletitud de Gödel puede ser una limitación fundamental en nuestra capacidad de entender y predecir el universo, pero al menos hasta ahora no parece haber sido un obstáculo en nuestra búsqueda de una teoría unificada completa.

Gödel aprendió la teoría de la relatividad general cuando, junto con Einstein, pasó los últimos años de su vida en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton. Su espacio-tiempo poseía la curiosa propiedad de que el universo completo estaba rotando. Uno podría preguntarse «¿Rotando con respecto a qué?». La respuesta es que la materia distante rotaría con respecto a las direcciones en las que señalan las peonzas o los giróscopos.

Esto conlleva el efecto lateral de que sería posible que alguien saliera en una nave espacial y volviera a la Tierra antes de haber despegado. Esta propiedad preocupó a Einstein, que creía que la relatividad general que halló no permitiría los viajes en el tiempo. Sin embargo, dados los antecedentes de Einstein de oposiciones infundadas al colapso gravitatorio y al principio de incertidumbre, quizás esto fuera un signo alentador. La solución que halló Gödel no corresponde al universo en el que vivimos, porque podemos demostrar que el universo no gira. También posee un valor no nulo de la constante cosmológica que Einstein introdujo cuando creía que el universo permanecía invariable. Una vez que Hubble descubrió la expansión del universo, no había necesidad de una constante cosmológica, y la creencia generalizada hoy en día es que su valor es cero. Sin embargo, se han encontrado nuevos y más razonables espacio-tiempos compatibles con la relatividad general y que permiten viajar al pasado. Uno de ellos es el interior de un agujero negro en rotación. Otro es un espacio-tiempo que contiene dos cuerdas cósmicas en movimiento que se cruzan a alta velocidad. Como sugiere su nombre, las cuerdas cósmicas son objetos similares a cuerdas en el sentido de que su sección es mucho menor que su longitud. De hecho, son más bien como tiras de goma porque están sometidas a tensiones enormes, del orden de millones de millones de millones de millones de toneladas. Una cuerda cósmica unida a la Tierra podría acelerarla de 0 a 100 Km./h en la treintava parte de un segundo. Las cuerdas cósmicas pueden parecer pura ciencia ficción, pero hay razones para creer que se podrían haber formado en los primeros instantes del universo como resultado de una rotura de simetría similar a las discutidas en el capítulo 5. Debido a que estarían bajo tensiones enormes y podrían empezar en una configuración cualquiera, serían capaces de acelerarse hasta velocidades altísimas al enderezarse.

La solución de Gödel y el espacio-tiempo de las cuerdas cósmicas comienzan tan distorsionados que el viaje al pasado es siempre posible. Dios podría haber creado un universo así de curvado, pero no poseemos razones para pensar que lo hiciera. Las observaciones del fondo de microondas y de la gran cantidad de elementos ligeros indican que el universo primitivo no poseía el tipo de curvatura necesario para permitir los viajes en el tiempo. A la misma conclusión se llega teóricamente a partir de la propuesta de no existencia de fronteras. Así, la pregunta es: si el universo empieza sin la clase de curvatura requerida para viajar en el tiempo, ¿podemos posteriormente curvar regiones concretas del espacio-tiempo lo suficiente como para permitirlo?

Supongamos, sin embargo, que la nave espacial tuviera que viajar más rápido que la luz para llevar el resultado de la carrera al Congreso. Entonces, observadores que se muevan con velocidades diferentes podrían no coincidir en si el suceso A ocurrió antes que B o viceversa. De acuerdo con el tiempo de un observador en reposo con respecto de la Tierra, el Congreso comenzaría después de la carrera. Así, este observador pensaría que una nave espacial podría llegar a tiempo de A a B con tal de que pudiera ignorar el límite de la velocidad de la luz. Sin embargo, un observador en Alfa Centauro que se estuviera alejando de la Tierra a casi la velocidad de la luz diría que el suceso B, la apertura del Congreso, ocurrió antes que el A, la carrera de 100 metros. La teoría de la relatividad nos dice que las leyes de la física parecen ser las mismas para observadores que se mueven a velocidades diferentes.

Esto ha sido adecuadamente comprobado por experimentos y es probable que siga siendo válido incluso si se encuentra una teoría más avanzada que reemplace a la relatividad. Así, el observador en movimiento diría que si fuera posible viajar más rápido que la luz, debería ser posible llegar desde el suceso B, la apertura del Congreso, al suceso A, la carrera de 100 metros. Si uno fuera ligeramente más rápido, hasta podría volver antes de la carrera y apostar estando seguro de quien sería el ganador.

Existe un problema con la ruptura de la barrera de la velocidad de la luz. La teoría de la relatividad nos dice que la potencia del cohete necesaria para acelerar la nave espacial aumenta cada vez más conforme nos acercamos a la velocidad de la luz. Tenemos evidencias experimentales de ello, no con naves espaciales, pero si con partículas elementales en los aceleradores de partículas como el del Fermilab o el del CERN (Centro Europeo para la investigación Nuclear). Podemos acelerar partículas hasta un 99,99 por ciento de la velocidad de la luz, pero, por mucha más potencia que les suministremos, no podemos hacer que vayan más allá de la barrera de la velocidad de la luz. Igual ocurre con las naves espaciales: independientemente de la potencia que les suministremos, nunca pueden acelerarse por encima de la velocidad de la luz.

Ello supondría descartar tanto los viajes espaciales rápidos como los viajes hacia atrás en el tiempo. Sin embargo, existe una escapatoria. Podría ocurrir que fuéramos capaces de doblar el espacio-tiempo de tal manera que hubiera un atajo entre A y B. Una forma de hacerlo sería creando un agujero de gusano entre A y B. Como sugiere su nombre, un agujero de gusano es un tubo estrecho del espacio-tiempo que puede conectar dos regiones casi planas muy alejadas.

No tiene por que existir ninguna relación entre la distancia a través del agujero de gusano y la separación de sus extremos a lo largo del espacio-tiempo casi plano, Así, uno podría imaginarse que podría crear o encontrar un agujero de gusano que llevara de las cercanías del sistema solar a Alfa Centauro. La distancia a través del agujero de gusano podría ser de solo unos pocos millones de kilómetros a pesar de que la Tierra y Alfa Centauro estén a cuarenta millones de millones de kilómetros de distancia en el espacio ordinario. Esto nos permitiría que las noticias sobre la carrera de 100 metros llegaran a la apertura del Congreso. Pero entonces un observador que viajara hacia la Tierra también debería de ser capaz de encontrar otro agujero de gusano que le permitiera ir de la apertura del Congreso en Alfa Centauro de vuelta a la Tierra antes del comienzo de la carrera. Así, los agujeros de gusano, al igual que cualquier otra forma de viajar más rápido que la luz, nos permitirían viajar al pasado.

La idea de los agujeros de gusano entre regiones diferentes del espacio-tiempo no fue un invento de los escritores de ciencia ficción, sino que provino de fuentes muy respetables.

En 1935 Einstein y Nathan Rosen escribieron un artículo en el que mostraban que la relatividad general permite lo que ellos denominaron «puentes», pero que ahora se conocen como agujeros de gusano. Los puentes de Einstein-Rosen no duraban lo suficiente como para que una nave espacial pudiera atravesarlos: se convertían en una singularidad al desinflarse el agujero de gusano. Sin embargo, se ha sugerido como factible que una civilización avanzada pudiera mantener abierto un agujero de gusano. Para ello, o para doblar el espacio-tiempo de tal forma que permitiera los viajes en el tiempo, se puede demostrar que se necesita una región del espacio-tiempo con curvatura negativa, similar a la superficie de una silla de montar. La materia ordinaria, que posee una densidad de energía positiva, le produce al espacio-tiempo una curvatura positiva, como la de la superficie de una esfera. Por lo tanto, para poder doblar el espacio-tiempo de tal manera que nos permita viajar al pasado, necesitamos materia con una densidad de energía negativa.

Dado que los fotones virtuales entre las placas sólo pueden poseer una de las longitudes de onda resonantes, habrá algunos menos que en la región externa a las placas en donde los fotones pueden tener cualquier longitud de onda. Por lo tanto, los fotones virtuales golpearán menos sobre el interior de las placas que sobre el exterior. Es de esperar la existencia de una fuerza entre las placas, que tratará de juntar la una con la otra. Esta fuerza ha sido medida realmente y posee el valor predicho. Así pues, tenemos una evidencia experimental de que las partículas virtuales existen y producen efectos reales.

El hecho de que haya menos fotones virtuales entre las placas significa que la densidad de energía es menor que en el resto del espacio. Pero la densidad de energía total en el espacio "vacío" lejos de las placas debe ser cero, pues de lo contrario la densidad de energía curvaría el espacio, que no sería entonces casi plano. Así, si la densidad de energía entre las placas ha de ser menor que la densidad de energía lejos de ellas, tiene que ser negativa.

De esta forma tenemos evidencia experimental tanto de que el espacio-tiempo puede ser curvado (a partir de la desviación de los rayos de luz durante los eclipses) como de que puede ser curvado de la manera necesaria para que los viajes en el tiempo estén permitidos (a partir del efecto Casimir). Se podría esperar por consiguiente que, conforme avance la ciencia y la tecnología, seamos finalmente capaces de construir una maquina del tiempo. Pero si fuera así, ¿por qué aún no ha regresado nadie del futuro y nos ha dicho como construirla? Podrían existir buenas razones para que fuera imprudente confiarnos el secreto de los viajes en el tiempo en nuestro estado primitivo de desarrollo, pero, a menos que la naturaleza humana cambie radicalmente, es difícil creer que algún visitante del futuro no nos descubriera el pastel. Desde luego, algunas personas reivindicarán que las visiones de OVNIS son evidencias de que somos visitados por alienígenas o por gente del futuro. (Si los alienígenas tuvieran que llegar en un tiempo razonable, necesitarían poder viajar más rápido que la luz, por lo que las dos posibilidades pueden ser equivalentes.)

Podemo poner un ejemplo donde dos relojes en ambas bocas del agujero de gusano muestran el año 2000 antes de acelerar una de las bocas y, tras acelerar una de las bocas hasta velocidades cercanas a la de la luz, juntamos ambas bocas cuando en la boca acelerada el reloj marca el año 2010 y en la boca estacionaria marca el año 2005. De esta forma, un viajero que entrara por la boca acelerada en este momento saldría por la boca estacionaria cuando su reloj también marcara el año 2005, en la misma región del espacio pero cinco años en el pasado. Tal configuración de agujeros de gusano permitiría a una partícula de la Línea de universo del espacio-tiempo formar un circuito espacio-temporal cerrado, conocido como curva cerrada de tipo tiempo. El curso a través de un agujero de gusano a través de una curva cerrada de tipo tiempo hace que un agujero de gusano tenga características de hueco temporal.

Se considera que es prácticamente imposible convertir a un agujero de gusano en una "máquina del tiempo" de este modo. Algunos análisis usando aproximaciones semiclásicas que incorporan efectos cuánticos en la relatividad general señalan que una retroalimentación de partículas virtuales circularían a través del agujero de gusano con una intensidad en continuo aumento, destruyéndolo antes de que cualquier información pudiera atravesarlo, de acuerdo con lo que postula la conjetura de protección cronológica. Esto ha sido puesto en duda, sugiriendo que la radiación se dispersaría después de viajar a través del agujero de gusano, impidiendo así su acumulación infinita. Kip S. Thorne mantiene un debate al respecto en su libro Agujeros negros y tiempo curvo (Black Holes and Time Warps).También se ha descrito el denominado Anillo Romano, una configuración formada por más de un agujero de gusano. Este anillo parece permitir una línea de tiempo cerrado con agujeros de gusano estables cuando es analizado bajo el prisma de la gravedad semiclásica, pero sin una teoría completa de la gravedad cuántica aún no se puede saber si dicha aproximación semiclásica es aplicable en este caso. 

El viaje a través del tiempo fue considerado alguna vez herejía científica. Solía evitar hablar sobre ello por temor de ser catalogado como loco. Pero hoy en día, ya no soy tan cuidadoso. De hecho, me parezco más a las personas que construyeron Stonehenge. Estoy obsesionado por el tiempo. Si tuviera una máquina del tiempo, visitaría a Marilyn Monroe en su mejor época, o le caería a Galileo mientras éste apuntaba su telescopio hacia los cielos. Quizás incluso viajaría al fin del universo para descubrir cómo acaba nuestra historia cósmica.

Para ver cómo podría ser esto posible, necesitamos ver al tiempo como los físicos lo ven – en la cuarta dimensión. (Piensa en la Cuarta Dimensión Marty!!) No es tan difícil como suena. Cada escolar que prestó atención sabe que todos los objetos físicos, incluso yo mismo en mi silla, existimos en tres dimensiones. Todo tiene un ancho, una longitud, y una altura.

Pero hay otro tipo de longitud, una longitud en el tiempo. Si bien un humano sobrevive 80 años, las piedras de Stonehenge, por ejemplo, han estado presentes por miles de años. Y el sistema solar, durará miles de millones de años. Todo tiene una longitud tanto en el tiempo, como en el espacio. Viajar en el tiempo, significa viajar a través de esta cuarta dimensión.

Para entender lo que significa, imaginemos que estamos haciendo un viaje común, en Auto. Conducimos en línea recta, y estamos viajando en una dimensión. Volteamos a la derecha o izquierda, y añadimos una segunda dimensión. Conducimos hacia arriba o abajo en un camino montañoso que añade altura, y estaremos viajando en las tres dimensiones. Pero como viajamos en el tiempo? Cómo encontramos un camino a través de la cuarta dimensión?

Entremos un poco en la ciencia ficción por un momento. Las películas de viaje en el tiempo usualmente muestran una máquina vasta, hambrienta de energía. La máquina crea un camino a través de la cuarta dimensión, un túnel a través del tiempo. Un viajero en el tiempo, un valiente, quizás temerario individuo, preparado para quién sabe qué, entra al túnel del tiempo y emerge quién sabe dónde. El concepto puede sonar inalcanzable, y la realidad puede ser muy diferente de esto, pero la idea en sí no es tan loca.

Los físicos han estado pensando también sobre túneles en el tiempo, pero venimos desde un ángulo diferente. Nos preguntamos si los portales al pasado o al futuro podrían ser posibles dentro de las reglas de la naturaleza. Pensamos que sí son posibles. De hecho, les hemos dado un nombre: agujeros de gusano (Wormholes). La verdad es que los agujeros de gusano están alrededor nuestro, sólo que son demasiado pequeños para poderlos ver. Los agujeros de gusano son pequeñísimos. Ocurren en los rincones y grietas del espacio y el tiempo. Puede parecer un complejo concepto, pero continuemos.

Nada es plano o sólido. Si ven cualquier cosa lo suficientemente cerca, encontrarán agujeros y arrugas en ellos. Es un principio físico básico, e incluso se aplica al tiempo. Incluso algo tan suave como una bola de billar tiene pequeños agujeros y arrugas. Ahora, es fácil demostrar que esto es cierto en las tres primeras dimensiones. Pero créanme, esto es también cierto en la cuarta dimensión. Existen pequeños agujeros y rincones en el tiempo. En la escala más pequeña, incluso más pequeñas que las moléculas, más pequeñas que los átomos, llegamos a un lugar llamada la espuma cuántica (quantum foam). Aquí es donde los agujeros de gusano existen. Pequeños túneles o atajos a través del espacio y el tiempo que constantemente se forman, desaparecen y reforman dentro de este mundo cuántico. E incluso unen dos lugares y dos tiempos diferentes.

Desafortunadamente, estos túneles en la vida real son tan sólo un billón-trillón-de trillones de un centímetro de diámetro. Demasiado pequeños para que un humano pueda pasar a través de ellos – pero aquí hacia donde la noción de máquinas de tiempo de agujeros de gusano se está dirigiendo. Algunos científicos piensan que podrá ser posible capturar uno de estos agujeros de gusano y agrandarlo muchas trillones de veces para que sea lo suficientemente grande para un ser humano o, incluso, una nave.

Dada la energía suficiente y tecnología avanzada, quizás un agujero de gusano gigante incluso podría ser construido en el espacio. No estoy diciendo que se pueda hacer, pero si se pudiese, sería un aparato realmente interesante. Un cabo podría estar cerca a la Tierra, y el otro lejos, muy lejos, en un planeta distante.

Teóricamente, un túnel de tiempo o agujero de gusano podría hacer más que llevarnos a otros planetas. Si ambos cabos están en el mismo lugar, y separados por el tiempo en lugar de la distancia, una nave podría volar por una entrada, y salir igual cerca a la Tierra, pero en un pasado distante. Quizás los dinosaurios verían a la nave llegar para hacer su aterrizaje.

El vehículo más veloz conducido por un humano fue el Apollo 10. Llegó a 25,000 millas por hora. Pero para viajar en el tiempo, necesitaremos ir más de 2,000 veces más rápido.

Ahora, entiendo que pensar en cuatro dimensiones no es fácil, y que los agujeros de gusano son un concepto complicado para entender, pero esperen un momento. He pensando un experimento simple que podría revelar si el viaje temporal humano a través de un agujero de gusano es posible ahora, o incluso en el futuro. Me gustan los experimentos simples, y la champaña.

Así que he combinado ambas para ver si el viaje en el tiempo desde el futuro al pasado es posible.

Imaginemos que haré una fiesta, una recepción de bienvenida para futuros viajeros del tiempo. Pero hay una encrucijada. No le voy a contar a nadie sobre el evento, hasta que ya haya ocurrido. He dibujado una invitación, dando las coordenadas exactas en el espacio y el tiempo. Estos esperando que algunas copias, de una manera u otra, estarán disponibles todavía por miles de años. Quizás algún día, alguien del futuro encuentre la información sobre la invitación, y utilice una máquina del tiempo de agujero de gusano para ir a mi fiesta, probando que el viaje en el tiempo será, algún día, posible.

Mientras tanto, mis invitados viajeros deberían estar por llegar en cualquier momento. Cinco, cuatro, tres, dos, uno. Pero mientras digo esto, nadie ha llegado. Una lástima. Estaba esperando que una Miss Universo del futuro entrara por la puerta. Entonces, por qué no funcionó el Experimento? Una de las razones, es el problema bien conocido de viajar al pasado, lo que conocemos como paradojas.

Las paradojas son divertidas. La más famosa es la que se llama la "Paradoja del Abuelo". Tengo una versión más sencilla, que llamo "La Paradoja del Científico Loco".

No me gusta la manera en la que los científicos en las películas son descritos como desquiciados, pero en este caso, es cierto. Este muchacho está determinado en crear una paradoja, incluso si le cuesta la vida. Imaginen, que ha construido un agujero de gusano de alguna manera, un túnel del tiempo que retrocede al pasado por un minuto.

A través de de este agujero, el científico puede verse a si mismo como era hace un minuto. Pero qué sucede si nuestro científico usa el agujero para dispara a su yo del pasado? Ahora está muerto. Pero quién disparó? Es una paradoja. No tiene sentido. Es el tipo de situación que le da pesadillas a los cosmólogos.

Este tipo de máquina del tiempo violaría la regla fundamental que gobierna al universo entero – que las causas suceden antes de los efectos, y nunca al revés. Creo que las cosas no pueden hacerse imposibles a sí mismas. Si pudiesen, entonces no habría nada que detuviese el descenso al caos del universo. Así que creo que algo sucederá siempre para prevenir la paradoja. Debe haber alguna razón por la cual nuestro científico jamás se encontraría en una situación en la que pudiese dispararse a si mismo. Y en este caso, lamento decirlo, el agujero de gusano es el problema.

Al final, creo que un agujero de gusano como éste no puede existir. Y la razón de ello, es la retroalimentación (feedback). Si han ido a un concierto de rock, probablemente reconozcan ese sonido chirriante. Lo que lo causa, es simple. El sonido entra al micrófono. Es transmitido a través de los cables, hecho más potente por el amplificador, y sale por los parlantes. Pero si demasiado del sonido de los parlantes entra de nuevo al micrófono, se genera un bucle, un circuito que empieza a hacer cada vez más y más fuerte. Si nadie lo detiene, el feedback puede destruir al equipo.

Lo mismo ocurrirá con un agujero de gusano, sólo que con radiación, en lugar del sonido. Tan pronto como el agujero se expanda, radiación natural entrará en él, y terminará convirtiéndose en un circuito (loop). El feedback será tan potente, que destruirá el agujero. Así que, a pesar de que existen pequeños agujeros, y sea posible inflar uno algún día, no durará lo suficiente para ser utilizado como una máquina de tiempo. Es la razón real por la que nadie pudo llegar a mi fiesta.

Cualquier tipo de viaje en el tiempo al pasado a través de agujeros u otro método quizás sea imposible, pues de lo contrario, se generarían paradojas. Así que lamentablemente, parece que el viaje en el tiempo al pasado no sucederá nunca. Una decepción para cazadores de dinosaurios, y un alivio para historiadores.

Pero la historia todavía no acaba. Esto no imposibilita todo tipo de viaje en el tiempo. Yo sí creo en el viaje en el tiempo. Viaje en el tiempo al Futuro. El tiempo fluye como un río, y parece como si cada uno de nosotros fuera cargado en su corriente. Pero el tiempo tiene otra similitud con un río. Fluye a diferentes velocidades en diferentes lugares, y esa es la clave de viajar al futuro. Esta idea fue propuesta inicialmente por Albert Einstein hace más de 100 años. Se dio cuenta que deberían haber lugares donde el tiempo corre más lento, y otros donde éste se acelera. Estaba absolutamente correcto. Y la prueba está justo encima de nuestras cabezas. En el espacio.

Este es el Sistema de Posicionamiento Global, o GPS. Una red de satélites está en órbita alrededor de la Tierra. Los satélites hacen que la navegación satelital sea posible. Pero también revelan que el tiempo va más rápido en el espacio que en la Tierra. Dentro de cada nave espacial, hay un reloj muy preciso. Pero a pesar de ser muy precisos, todos ganan alrededor de un tercio de billón de segundo cada día. El sistema tiene que corregirse para este cambio, de lo contrario, esta pequeña diferencia podría corromper a todo el sistema, causando que cada aparato GPS en la Tierra se equivocara por seis millas. Ya se imaginan el caos que esto generaría.

El problema no yace en los relojes. Van más rápido porque el tiempo va más rápido en el espacio que en la Tierra. Y la razón para tan extraordinario efecto, es la masa de la Tierra. Einstein se dio cuenta que la materia arrastra al tiempo, y lo hace más lento como una parte más lenta del río. Mientras más pesado el objeto, más jalará al tiempo. Y esta realidad sorprendente es lo que abre las puertas a la posibilidad de viajes en el tiempo al futuro.

Justo al centro de la Vía Láctea, a 26,000 años luz de nosotros, está el objeto más pesado de la galaxia. Es un agujero negro super masivo que contiene la masa de cuatro millones de soles aplastados en un sólo punto por su propia gravedad. Mientras más nos acerquemos al agujero negro, más potente será la gravedad. Acérquense bastante, y ni siquiera la luz podrá escapar. Un agujero negro como éste tiene un dramático efecto en el tiempo, disminuyendo la velocidad mucho más que cualquier otra cosa en la galaxia. Esto lo hace una máquina del tiempo natural.

Me gusta imaginarme cómo una nave espacia podría tomar ventaja de este fenómeno, al entrar en órbita con éste. Si una agencia espacial estuviera controlando la misión desde la Tierra, observarían que cada órbita completa tomó 16 minutos. Pero para las personas valientes a bordo de la nave, cercanas a este objeto masivo, el tiempo se habría puesto más lento. Y aquí el efecto sería mucho más extremo que la fuerza gravitacional de la Tierra. El tiempo de los tripulantes sería disminuido a la mitad. Por cada órbita de 16 minutos, ellos sólo experimentarían 8 minutos de tiempo.

Darían vueltas y vueltas, experimentando sólo la mitad de tiempo que los demás que están lejos del agujero negro. La nave y sus tripulantes estarían viajando a través del tiempo. Imaginen que empiezan a orbitar por 5 de sus años. 10 años habrían pasado para los demás. Cuando regresaran a casa, todo el mundo en la Tierra habría envejecido 5 años más que ellos.

Así que un agujero negro masivo es una máquina del tiempo. Pero por supuesto, no enteramente práctico. Tiene sus ventajas frente a los agujeros de gusano al no provocar paradojas. Además, no se destruirá a sí mismo de existir algo de feedback. Pero es altamente peligroso. Está muy, muy lejos, y no nos lleva muy lejos en el futuro. Afortunadamente, existe una manera más de viajar en el tiempo. Y ésta representa nuestra última y mejor esperanza de construir una máquina en el tiempo.

Simplemente tenemos que viajar muy, muy rápido. Mucho más rápido que la velocidad requerida para evitar ser arrastrados al agujero negro. Esto se debe a otro factor extraño del universo. Existe un límite de velocidad cósmico, 186,000 millas por segundo, conocido también como la velocidad de la luz. Nada puede exceder esa velocidad. Es uno de los principios mejor establecidos en la ciencia. Créanlo o no, viajar a casi la misma velocidad de la luz, nos transporta al futuro.

Para explicar por qué, soñemos con un sistema de transporte de ciencia ficción. Imaginen una pista que va alrededor de la Tierra, una pista para un tren súper veloz. Usaremos este tren imaginario para acercarnos lo más posible a la velocidad de la luz y ver cómo se convierte en una máquina del tiempo. A bordo tenemos pasajeros con un ticket de ida al futuro. El tren empieza a acelerar, más y más rápido. Pronto, empieza a girar la Tierra una y otra vez.

Para acercarse a la velocidad de la luz, significa darle vueltas a la Tierra muy rápido. 7 veces por segundo. Pero no importa cuánta potencia tenga el tren, jamás alcanzará la velocidad de la luz, ya que las leyes de la física lo prohíben. En lugar de ello, digamos que se acerca bastante a ese límite. Ahora ocurre algo extraordinario. El tiempo empieza a fluir lentamente a bordo, en relación al resto del mundo, igual que como si estuviésemos cerca al agujero negro, sólo que en mayor medida. Todo en el tren parece ocurrir en cámara lenta.

Esto ocurre para proteger el límite de velocidad, y no es difícil ver por qué. Imaginen una niña corriendo hacia adelante en el tren. Su velocidad se suma a la del tren así que no podría la niña romper la barrera de la velocidad de la luz por accidente? La respuesta es no. Las leyes de la naturaleza previenen la posibilidad al des-acelerar el tiempo a bordo del tren.

Ahora ya no puede correr lo suficientemente rápido para romper el límite. El tiempo siempre irá más lento para proteger el límite de velocidad. Y de ahí viene la posibilidad de viajar muchos años en el futuro.

Imaginen que el tren deja la estación Enero 1, 2050. Da la vuelta a la Tierra una y otra vez por 100 años antes de detenerse en Año Nuevo, 2150. Los pasajeros sólo habrán vivido una semana porque el tiempo se des-acelera de esa manera dentro del tren. Cuando salgan, se encontrarán con un mundo muy diferente al que dejaron. En una semana, habrían viajado 100 años en el futuro. Por supuesto, construir un tren que pudiese alcanzar esas velocidades es imposible. Pero hemos construido algo muy parecido al tren en el acelerador de partículas en CERN en Génova, Suiza.

En la profundidad, en un túnel circular de 16 millas de diámetro, tenemos un flujo de trillones de pequeñas partículas. Cuando lo prendemos, se aceleran de 0 a 60,000 millas por hora en una fracción de segundo. Aumenten la energía, y las partículas van más y más rápido, hasta que dan vueltas al túnel 11,000 veces por segundo, que es casi la misma velocidad de la luz. Pero al igual que el tren, nunca alcanzan dicho límite. Sólo pueden llegar a 99.99% del límite. Cuando eso ocurre, también empiezan a viajar en el tiempo. Lo sabemos gracias a unas partículas con cortísimas vidas, llamadas pi-mesons. Ordinariamente, se desintegran después de solo 25 / 1000,000,000 de segundo (25 mil millonésimas de segundo). Pero cuando son aceleradas a casi la velocidad de la luz, duran 30 veces más.

Es así de sencillo. Si queremos viajar al futuro, simplemente tenemos que ir rápido. Muy rápido. Y creo que la única manera en la que llegaremos a ello, es yendo al espacio. El vehículo más veloz conducido fue el Apollo 10. Alcanzó 25,000 mph. Pero para viajar en el tiempo necesitaremos ir más de 2,000 veces más rápido. Y para hacerlo, necesitaremos una nave mucho más grande, realmente enorme. La nave tendría que ser lo suficientemente grande para cargar gran cantidad de combustible, lo suficiente para acelerarlo a casi la velocidad de la luz. Llevarlo sólo al límite, demoraría 6 años de aceleración al máximo.

La aceleración inicial debería ser gentil por lo pesada y grande de la nave. Pero gradualmente empezaría a acelerar y pronto estaría cubriendo masivas distancias. En una semana, habría alcanzado planetas exteriores. Después de dos años, debería haber alcanzado la mitad de la velocidad de la luz, y debería estar muy alejado de nuestro sistema solar. Dos años después estaría viajando a 90 por ciento de la velocidad de la luz. Alrededor de 30 trillones de millas lejos de la Tierra, y cuatro años después de haber despegado, la nave empezaría a viajar en el tiempo. Por cada hora de tiempo en la nave, dos pasarían en la Tierra. Una situación similar a la nave que orbitaba el agujero negro.

Después de otros dos años de velocidad máxima, la nave llegaría al tope de su velocidad, 99 por ciento de la velocidad de la luz. A esta velocidad, un sólo día a bordo es un año en la Tierra. Nuestra nave estaría verdaderamente volando en el futuro.

La lentitud del tiempo tiene otro beneficio. Significa que podríamos, en teoría, viajar distancias extraordinarias en una sola vida. Un viaje al borde de la galaxia tomaría sólo 80 años. Pero la verdadera maravilla de nuestro viaje es que revela simplemente lo extraño que es el universo. Es un universo donde el tiempo corre en diferentes velocidades en diferentes lugares. Donde pequeños agujeros de gusano existen alrededor de nosotros. Y donde, finalmente, puede que usemos nuestra compresión de la física para volvernos verdaderos viajeros en la cuarta dimensión.

El artículo original fue publicado en Daily Mail, el 3 de Mayo de 2010.