¿ES POSIBLE VIAJAR A TRAVÉS DE UN AGUJERO ESPACIO-TEMPORAL?

El artículo que aquí reproducimos, en traducción especial para este blog, ha sido publicado por la revista Smithsonian, motivado por la película Interestelar.
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]

1 comments:

Rafael Forli said...

Muy interesante el artículo, obliga a leer algunas cosas antes de entenderlo. En la medida que estas teorías se pudieran confirmar casi que echarían por tierra las ideas de las visitas de alienígenas ancestrales y actuales