Relatividad general y agujeros de gusano: Puertas en el espacio y el tiempo

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Por Andrew Zimmerman Jones, Daniel Robbins

En relatividad general, el tejido del espacio-tiempo puede permitir ocasionalmente líneas mundiales que crean una curva cerrada de tiempo, que es el término relatividad para el viaje en el tiempo. El mismo Einstein exploró estos conceptos al desarrollar la relatividad general, pero nunca progresó mucho en ellos. En los años siguientes, se descubrieron soluciones que permitían viajar en el tiempo.

La primera aplicación de la relatividad general a los viajes en el tiempo fue realizada por el físico escocés W. J. van Stockum en 1937. Van Stockum imaginó (en forma matemática, porque así es como los físicos imaginan las cosas) un cilindro giratorio infinitamente largo y extremadamente denso, como un poste de barbería sin fin. El denso cilindro arrastra el espacio-tiempo con él, creando un remolino espacio-temporal.

En la situación de van Stockum, usted podría volar hasta el cilindro en una nave espacial y poner un curso alrededor del cilindro y llegar de vuelta a un punto en el tiempo antes de llegar al cilindro.

Otra teoría sobre los viajes en el tiempo fue propuesta en 1949 por el colega de Einstein, el matemático Kurt Gödel, quien consideró la situación en la que todo el espacio -el universo en sí mismo- estaba en realidad girando. Podrías preguntarte si todo está rotando, cómo lo sabríamos. Bueno, resulta que si el universo estuviera rotando, de acuerdo con la relatividad general, entonces veríamos la curva de los rayos láser ligeramente a medida que se mueven a través del espacio (más allá de la lente gravitacional normal, donde la gravedad dobla los rayos de luz).

La solución a la que llegó Gödel fue perturbadora, porque permitía viajar en el tiempo. Fue posible crear un camino en un universo giratorio que terminó antes de comenzar. En el universo giratorio de Gödel, el universo mismo podría funcionar como una máquina del tiempo.

Hasta ahora, los físicos no han encontrado ninguna evidencia concluyente de que nuestro universo esté rotando. De hecho, la evidencia apunta abrumadoramente hacia la idea de que no lo es. Pero incluso si el universo como un todo no gira, los objetos en él ciertamente lo hacen.

Tomando un atajo a través del espacio y el tiempo con un agujero de gusano

En una solución llamada puente Einstein-Rosen (mostrado en la figura de abajo y más comúnmente llamado agujero de gusano), dos puntos en el espacio-tiempo podrían ser conectados por un camino acortado. En algunos casos especiales, un agujero de gusano puede permitir el viaje en el tiempo. En vez de conectar diferentes regiones del espacio, el agujero de gusano podría conectar diferentes regiones del tiempo!

Viajar dentro de un agujero de gusano podría llevarte de un lugar en el espacio-tiempo a otro.

Asumiendo que los físicos pudieran conseguir que un agujero de gusano fuera lo suficientemente grande y estable como para pasar a través de él (lo que muchos matemáticos y físicos creen que es imposible), considere que tiene las siguientes características:

  • Un extremo del agujero de gusano está en la Tierra.
  • El otro extremo del agujero de gusano se encuentra dentro de una nave espacial, actualmente en reposo en la Tierra. El final en la nave espacial se mueve cuando la nave espacial se mueve.
  • Usted puede viajar a través del agujero de gusano de cualquier manera, o hablar a través de él, y tal viaje o comunicación es esencialmente instantánea.

Ahora asuma que un par de gemelos, Maggie y Emily, están parados en cada extremo del agujero de gusano. Maggie está al lado del agujero de gusano en la Tierra en 2010, mientras que Emily está en la nave espacial (también, por el momento, en 2010). Hace una pequeña excursión de unos días, viajando casi a la velocidad de la luz, pero cuando regresa, miles de años han pasado en la Tierra debido a la dilatación del tiempo (ahora está en 5910).

En el lado de Maggie del agujero de gusano (todavía 2010), sólo han pasado unos pocos días. De hecho, los gemelos han estado discutiendo regularmente sobre las extrañas vistas que Emily ha presenciado durante los pocos días de su viaje. Emily (en 5910) es capaz de atravesar el agujero de gusano hasta la ubicación de Maggie (en 2010) y, voilà, ella ha viajado en el tiempo miles de años!

De hecho, ahora que Emily se ha tomado la molestia de crear el portal, Maggie (o cualquier otra persona) podría viajar fácilmente del 2010 al 5910 (o viceversa) con sólo pasar por él.

Ha habido varios escenarios de viaje en el tiempo basados en agujeros de gusano desarrollados por físicos. De hecho, algunos físicos han demostrado que si existe un agujero de gusano, tiene que permitir viajar en el tiempo y en el espacio.

Superar la inestabilidad de un agujero de gusano con energía negativa

El problema con el uso de agujeros de gusano para viajar en el espacio o en el tiempo es que son inherentemente inestables. Cuando una partícula entra en un agujero de gusano, crea fluctuaciones que hacen que la estructura colapse sobre sí misma. Hay teorías de que un agujero de gusano podría estar abierto por alguna forma de energía negativa, lo que representa un caso en el que la densidad de energía (energía por volumen) del espacio es realmente negativa.

Bajo estas teorías, si una cantidad suficiente de energía negativa pudiera ser empleada, podría continuar manteniendo el agujero de gusano abierto mientras los objetos pasan a través de él. Esto sería una necesidad absoluta para cualquiera de las teorías previamente discutidas que permiten que un agujero de gusano se convierta en un portal del tiempo, pero los científicos carecen de una comprensión real de cómo obtener suficiente energía negativa juntos, y la mayoría piensa que es una tarea imposible.

En algunos modelos, puede ser posible relacionar la energía oscura y la energía negativa (ambas exhiben una forma de gravedad repulsiva, aunque la energía oscura es una energía positiva), pero estos modelos son altamente artificiales. La buena noticia (si ves los posibles viajes en el tiempo como buenas noticias) es que nuestro universo parece tener energía oscura en abundancia, aunque el problema es que parece que está distribuida uniformemente por todo el universo.

Tratar de encontrar cualquier forma de almacenar energía negativa y usarla para mantener la estabilidad de un agujero de gusano va mucho más allá de la tecnología actual (si es que es posible). La teoría de cuerdas puede proporcionar fuentes potenciales de energía negativa, pero incluso en estos casos, no hay garantía de que puedan ocurrir agujeros de gusano estables.

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