Probablemente. . . no
Un modelo de espacio-tiempo "plegado" ilustra cómo se podría formar un puente de agujero de gusano con al menos dos bocas conectadas a una sola garganta o tubo. Crédito de la imagen: edobric | Shutterstock
Por Paul Sutter, astrofísico para Space.com | 1 de febrero de 2017
Ah, agujeros de gusano. El atajo intergaláctico. Un túnel a través del espacio-tiempo que permite a los intrépidos viajeros saltar del sistema estelar al sistema estelar sin siquiera acercarse a la velocidad de la luz.
Los agujeros de gusano son un caballo de batalla de civilizaciones interestelares de ciencia ficción en libros y en la pantalla porque resuelven el molesto problema de "Bueno, si nos apegamos a la física conocida, 99.99999 por ciento de la historia sería tan fascinante como ver dormir a las personas".
¿Pero podríamos hacerlo? ¿Podríamos realmente deformar y doblar el espacio-tiempo para hacer un túnel conveniente, haciendo realidad todos nuestros sueños galácticos?
Respuesta corta: no es probable.
Larga respuesta: Bueno, sigue leyendo.
Cuidado con el agujero blanco
El concepto de los agujeros de gusano comenzó cuando el físico Ludwig Flamm, y luego Albert Einstein y Nathan Rosen, se dieron cuenta de que los agujeros negros pueden "extenderse". Cuando se trata de resolver las ecuaciones fantásticamente complicadas de la relatividad general, la maquinaria que predice un agujero negro también predice un fenómeno llamado agujero blanco. Un agujero blanco es más o menos lo que piensas: mientras que el horizonte de un agujero negro marca una región del espacio que una vez que entras no puedes irte, es imposible entrar en el horizonte de un agujero blanco, aunque cualquier cosa que ya esté allí puede escapar.
Esa misma maquinaria matemática también ofrece una bonificación: todos los agujeros negros estarían naturalmente "conectados" a los agujeros blancos a través de sus singularidades, formando un túnel a través del espacio. Woohoo, agujeros de gusano aquí vamos!
O no. Si bien tenemos montones de evidencia de la existencia de agujeros negros, los agujeros blancos parecen ser ficción matemática. No hay un proceso conocido en nuestro universo que los forme realmente, e incluso si aparecieran en la existencia, su inestabilidad extrema natural los eliminaría de nuevo.
Ah, sí, y el mecanismo para hacer agujeros negros, el colapso de estrellas masivas, también previene automáticamente la formación de un agujero blanco simbiótico.
E incluso si se formaron (y no lo hacen), la extrema gravedad de las singularidades mutuas provocaría que el túnel del agujero de gusano se estire y se rompa inmediatamente mucho más rápido de lo que podría atravesarlo.
Muerte por agujero de gusano
Pero eso no impide que nadie juegue un divertido juego de "qué pasaría si". ¿Qué pasa si los agujeros blancos podrían formarse o construirse naturalmente? ¿Qué pasaría si pudiéramos estabilizarlos? ¿Qué pasaría si pudiéramos unir la singularidad de un agujero blanco a un agujero negro y hacer un agujero de gusano? ¿Y si? ¿Y si? ¿Y si?
Bueno, para empezar, viajar por un agujero de gusano realmente apestaría. Literalmente. La entrada al agujero de gusano, la "garganta", se encuentra dentro del horizonte de sucesos del agujero negro.
Eso es un problema.
La definición misma de un horizonte de eventos, su misma razón de ser, es que una vez que los ingresas, no puedes salir. De ninguna manera, no cómo. No importa si hay un túnel de agujero de gusano dentro, no puedes irte.
Dentro de un horizonte de sucesos de agujero negro, solo tienes un destino: ciudad de singularidad, lugar de densidad infinita y fuerzas gravitacionales aplastantes.
Entonces digamos que ingresas a un agujero de gusano. Puedes ver la luz de otro parche del universo filtrarse desde el lado opuesto. Si alguien más entra, puede reunirse con ellos y tomar un té juntos. Y puedes morir, miserablemente, mientras carenas en la singularidad.
Positivamente negativo
¿Hay alguna manera de hacer un agujero de gusano que funcione, incluso divertido, en lugar de un portal aterrador para la destrucción inevitable?
Sorprendentemente, sí. Bueno, no del todo absolutamente al 100% "esta es una parte normal de nuestro universo" sí. Más como "si jugamos fingir" sí.
Para construir un agujero de gusano atravesable, debes superar dos obstáculos importantes. Primero, la entrada al agujero de gusano tiene que estar realmente fuera del horizonte de eventos. Eso te permitiría entrar al agujero de gusano y atravesarlo hasta tu destino lejano sin temer un encuentro "singular".
En segundo lugar, el túnel en sí tiene que ser estable y fuerte. Tiene que soportar la extrema gravedad de las singularidades y resistirse a desgarrarse cuando algo vuela por su longitud.
De hecho, hay un material que resuelve ambos problemas. Pero ese material tiene un problema en sí mismo: tiene masa negativa.
Así es: masa, pero negativo. Se podría usar un anillo de material de masa negativa para construir un agujero de gusano completamente funcional y útil. Dado que la naturaleza exótica de la masa negativa deforma el espacio-tiempo de una manera única, "infla" la entrada al agujero de gusano fuera del límite del horizonte de sucesos y estabiliza la garganta del agujero de gusano frente a las inestabilidades. No es un resultado intuitivo, pero las matemáticas desaparecen.
Pero, ¿podría existir tal sustancia? Hemos trazado una buena parte del universo, y nunca hemos visto masa negativa. Si existiera, tendría algunas propiedades bastante extrañas. Por ejemplo, siguiendo la matemática de las Leyes de Newton con algunos signos negativos arrojados, encontramos que una partícula de masa negativa presionaría una partícula de masa positiva, mientras que la partícula de masa positiva tiraría de la masa negativa. Coloque dos partículas de masa opuesta una al lado de la otra, perfectamente quietas, y la pareja comenzaría a acelerar, alejándose sin ninguna entrada de fuerza.
Parece que eso podría violar algún tipo de regla.
¿Qué hay del efecto Casimir, la extraña y fascinante atracción de dos placas de metal debido a la energía del vacío? Eso a menudo se transmite como un ejemplo de que el universo se comporta mal, y una posible ruta hacia la masa negativa. Pero la fuerza de Casimir se caracteriza por la presión negativa local (tira más que empuja), no masa negativa. Por supuesto, no sabemos todo lo que hay que saber sobre la gravedad cuántica y la naturaleza del espacio-tiempo en super-duper-teensy escamas. ¿Podría una civilización avanzada descubrir el camino a la masa negativa y manipular la gravedad de la manera correcta? ¿Un avance en física señalaría una manera de crear agujeros de gusano?
Honestamente, probablemente no. Hay demasiadas cosas que trabajan en contra de ellos. Trabajar con agujeros de gusano violaría tantos aspectos sobre la física conocida (y extremadamente probada) que creo que es mejor simplemente trabajar en otros problemas.
Sé que algunas personas podrían acusarme de no ser lo suficientemente creativas, pero al universo no le importa nuestra creatividad. Las herramientas de la ciencia son jueces duros pero justos; si una idea no funciona, simplemente no funciona. Hay muchos misterios variados y bellos en nuestro universo, y ciertamente no hemos desbloqueado todo el funcionamiento interno del cosmos. Pero los agujeros de gusano probablemente no sean uno de ellos.
Obtenga más información escuchando el episodio "Wormholes: ¿reparto o no?" en el podcast Ask A Spaceman, disponible en iTunes y en la Web en http://www.askaspaceman.com. ¡Gracias a @SkaTaTah y @ bretthines61 por las preguntas que llevaron a esta pieza! Haga su propia pregunta en Twitter usando #AskASpaceman o siguiendo a Paul @PaulMattSutter y facebook.com/PaulMattSutter.
Paul Sutter es astrofísico de la Universidad Estatal de Ohio y científico en jefe del Centro de Ciencias COSI. Sutter también es el anfitrión de Ask a Spaceman, RealSpace y COSI Science Now.
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Un modelo de espacio-tiempo "plegado" ilustra cómo se podría formar un puente de agujero de gusano con al menos dos bocas conectadas a una sola garganta o tubo. Crédito de la imagen: edobric | Shutterstock
Por Paul Sutter, astrofísico para Space.com | 1 de febrero de 2017
Ah, agujeros de gusano. El atajo intergaláctico. Un túnel a través del espacio-tiempo que permite a los intrépidos viajeros saltar del sistema estelar al sistema estelar sin siquiera acercarse a la velocidad de la luz.
Los agujeros de gusano son un caballo de batalla de civilizaciones interestelares de ciencia ficción en libros y en la pantalla porque resuelven el molesto problema de "Bueno, si nos apegamos a la física conocida, 99.99999 por ciento de la historia sería tan fascinante como ver dormir a las personas".
¿Pero podríamos hacerlo? ¿Podríamos realmente deformar y doblar el espacio-tiempo para hacer un túnel conveniente, haciendo realidad todos nuestros sueños galácticos?
Respuesta corta: no es probable.
Larga respuesta: Bueno, sigue leyendo.
Cuidado con el agujero blanco
El concepto de los agujeros de gusano comenzó cuando el físico Ludwig Flamm, y luego Albert Einstein y Nathan Rosen, se dieron cuenta de que los agujeros negros pueden "extenderse". Cuando se trata de resolver las ecuaciones fantásticamente complicadas de la relatividad general, la maquinaria que predice un agujero negro también predice un fenómeno llamado agujero blanco. Un agujero blanco es más o menos lo que piensas: mientras que el horizonte de un agujero negro marca una región del espacio que una vez que entras no puedes irte, es imposible entrar en el horizonte de un agujero blanco, aunque cualquier cosa que ya esté allí puede escapar.
Esa misma maquinaria matemática también ofrece una bonificación: todos los agujeros negros estarían naturalmente "conectados" a los agujeros blancos a través de sus singularidades, formando un túnel a través del espacio. Woohoo, agujeros de gusano aquí vamos!
O no. Si bien tenemos montones de evidencia de la existencia de agujeros negros, los agujeros blancos parecen ser ficción matemática. No hay un proceso conocido en nuestro universo que los forme realmente, e incluso si aparecieran en la existencia, su inestabilidad extrema natural los eliminaría de nuevo.
Ah, sí, y el mecanismo para hacer agujeros negros, el colapso de estrellas masivas, también previene automáticamente la formación de un agujero blanco simbiótico.
E incluso si se formaron (y no lo hacen), la extrema gravedad de las singularidades mutuas provocaría que el túnel del agujero de gusano se estire y se rompa inmediatamente mucho más rápido de lo que podría atravesarlo.
Muerte por agujero de gusano
Pero eso no impide que nadie juegue un divertido juego de "qué pasaría si". ¿Qué pasa si los agujeros blancos podrían formarse o construirse naturalmente? ¿Qué pasaría si pudiéramos estabilizarlos? ¿Qué pasaría si pudiéramos unir la singularidad de un agujero blanco a un agujero negro y hacer un agujero de gusano? ¿Y si? ¿Y si? ¿Y si?
Bueno, para empezar, viajar por un agujero de gusano realmente apestaría. Literalmente. La entrada al agujero de gusano, la "garganta", se encuentra dentro del horizonte de sucesos del agujero negro.
Eso es un problema.
La definición misma de un horizonte de eventos, su misma razón de ser, es que una vez que los ingresas, no puedes salir. De ninguna manera, no cómo. No importa si hay un túnel de agujero de gusano dentro, no puedes irte.
Dentro de un horizonte de sucesos de agujero negro, solo tienes un destino: ciudad de singularidad, lugar de densidad infinita y fuerzas gravitacionales aplastantes.
Entonces digamos que ingresas a un agujero de gusano. Puedes ver la luz de otro parche del universo filtrarse desde el lado opuesto. Si alguien más entra, puede reunirse con ellos y tomar un té juntos. Y puedes morir, miserablemente, mientras carenas en la singularidad.
Positivamente negativo
¿Hay alguna manera de hacer un agujero de gusano que funcione, incluso divertido, en lugar de un portal aterrador para la destrucción inevitable?
Sorprendentemente, sí. Bueno, no del todo absolutamente al 100% "esta es una parte normal de nuestro universo" sí. Más como "si jugamos fingir" sí.
Para construir un agujero de gusano atravesable, debes superar dos obstáculos importantes. Primero, la entrada al agujero de gusano tiene que estar realmente fuera del horizonte de eventos. Eso te permitiría entrar al agujero de gusano y atravesarlo hasta tu destino lejano sin temer un encuentro "singular".
En segundo lugar, el túnel en sí tiene que ser estable y fuerte. Tiene que soportar la extrema gravedad de las singularidades y resistirse a desgarrarse cuando algo vuela por su longitud.
De hecho, hay un material que resuelve ambos problemas. Pero ese material tiene un problema en sí mismo: tiene masa negativa.
Así es: masa, pero negativo. Se podría usar un anillo de material de masa negativa para construir un agujero de gusano completamente funcional y útil. Dado que la naturaleza exótica de la masa negativa deforma el espacio-tiempo de una manera única, "infla" la entrada al agujero de gusano fuera del límite del horizonte de sucesos y estabiliza la garganta del agujero de gusano frente a las inestabilidades. No es un resultado intuitivo, pero las matemáticas desaparecen.
Pero, ¿podría existir tal sustancia? Hemos trazado una buena parte del universo, y nunca hemos visto masa negativa. Si existiera, tendría algunas propiedades bastante extrañas. Por ejemplo, siguiendo la matemática de las Leyes de Newton con algunos signos negativos arrojados, encontramos que una partícula de masa negativa presionaría una partícula de masa positiva, mientras que la partícula de masa positiva tiraría de la masa negativa. Coloque dos partículas de masa opuesta una al lado de la otra, perfectamente quietas, y la pareja comenzaría a acelerar, alejándose sin ninguna entrada de fuerza.
Parece que eso podría violar algún tipo de regla.
¿Qué hay del efecto Casimir, la extraña y fascinante atracción de dos placas de metal debido a la energía del vacío? Eso a menudo se transmite como un ejemplo de que el universo se comporta mal, y una posible ruta hacia la masa negativa. Pero la fuerza de Casimir se caracteriza por la presión negativa local (tira más que empuja), no masa negativa. Por supuesto, no sabemos todo lo que hay que saber sobre la gravedad cuántica y la naturaleza del espacio-tiempo en super-duper-teensy escamas. ¿Podría una civilización avanzada descubrir el camino a la masa negativa y manipular la gravedad de la manera correcta? ¿Un avance en física señalaría una manera de crear agujeros de gusano?
Honestamente, probablemente no. Hay demasiadas cosas que trabajan en contra de ellos. Trabajar con agujeros de gusano violaría tantos aspectos sobre la física conocida (y extremadamente probada) que creo que es mejor simplemente trabajar en otros problemas.
Sé que algunas personas podrían acusarme de no ser lo suficientemente creativas, pero al universo no le importa nuestra creatividad. Las herramientas de la ciencia son jueces duros pero justos; si una idea no funciona, simplemente no funciona. Hay muchos misterios variados y bellos en nuestro universo, y ciertamente no hemos desbloqueado todo el funcionamiento interno del cosmos. Pero los agujeros de gusano probablemente no sean uno de ellos.
Obtenga más información escuchando el episodio "Wormholes: ¿reparto o no?" en el podcast Ask A Spaceman, disponible en iTunes y en la Web en http://www.askaspaceman.com. ¡Gracias a @SkaTaTah y @ bretthines61 por las preguntas que llevaron a esta pieza! Haga su propia pregunta en Twitter usando #AskASpaceman o siguiendo a Paul @PaulMattSutter y facebook.com/PaulMattSutter.
Paul Sutter es astrofísico de la Universidad Estatal de Ohio y científico en jefe del Centro de Ciencias COSI. Sutter también es el anfitrión de Ask a Spaceman, RealSpace y COSI Science Now.
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