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En los primeros tiempos de las investigaciones sobre agujeros negros, antes incluso de que tuvieran ese nombre, los físicos todavía no sabían si esos extraños objetos existían en el mundo real. Podrían haber sido una peculiaridad de las complejas matemáticas utilizadas en la por entonces aún joven relatividad general, la teoría que describe la gravedad. Sin embargo, con el paso de los años, hemos ido acumulando pruebas de que los agujeros negros son reales y existen incluso en nuestra propia galaxia.

Hoy en día, otra extraña predicción de la relatividad general pende de un hilo semejante: los agujeros de gusano, esos túneles aparentemente fantásticos que podrían conducir a otros lugares (o épocas) del cosmos. ¿Son reales? Y en caso de que existan en nuestro universo, ¿hay alguna esperanza de que podamos usarlos para desplazarnos? Tras su entrada en escena en 1935, las investigaciones sugerían que la respuesta era negativa: los agujeros de gusano no parecían formar parte de la realidad. Pero ahora nuevos trabajos ofrecen indicios de cómo podrían formarse, y el proceso podría ser más sencillo de lo que pensaban los físicos.

La idea original de los agujeros de gusano se debe a los físicos Albert Einstein y Nathan Rosen. Ambos estudiaron las extrañas ecuaciones que describen esa región del espacio de la que nada puede escapar y que hoy llamamos «agujero negro», y se preguntaron qué representaban realmente. Einstein y Rosen descubrieron que, al menos en teoría, la superficie de un agujero negro podría actuar como un puente que conectara con una segunda región del espacio. Simplificando mucho, podríamos pensar en ese viaje como el de alguien que se colase por el desagüe de su bañera y, en vez de quedarse atascado en las tuberías, saliese a otra bañera semejante a la primera.

Otros trabajos posteriores ampliaron esa idea, pero descubrieron dos problemas persistentes que impedían la formación de agujeros de gusano fácilmente localizables y útiles para el ser humano: su inestabilidad y su pequeñez. En primer lugar, de acuerdo con la relatividad general, la atracción gravitatoria de cualquier materia conocida que atravesara un agujero de gusano tendería a cerrar el túnel. Para que pueda existir un agujero de gusano estable, parece hacer falta algún otro ingrediente atípico cuya influencia mantenga el agujero abierto, algo a lo que los investigadores suelen referirse como materia «exótica».

En segundo lugar, los procesos de creación de agujeros de gusano que habían estudiado los científicos se basan en efectos que podrían impedir la entrada de un viajero macroscópico. La dificultad estriba en que el proceso capaz de crear el agujero de gusano y la materia exótica que lo estabilizaría no pueden alejarse demasiado de la física conocida: «exótico» no significa que los físicos puedan inventarse cualquier cosa que funcione sobre el papel. Pero hasta ahora, la física familiar solo había servido para teorizar agujeros de gusano microscópicos. Los agujeros más grandes parecen requerir algún proceso o tipo de materia que sea a la vez inusual y creíble. «Eso es lo delicado del asunto», señala Brianna Grado-White, física que investiga sobre agujeros de gusano en la Universidad Brandeis.

A finales de 2017 se produjo un gran avance, cuando los físicos Ping Gao y Daniel Jafferis, que por entonces trabajaban en la Universidad Harvard, y Aron Wall, a la sazón en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, descubrieron una manera de mantener abiertos los agujeros de gusano relacionada con el «entrelazamiento», una especie de conexión a distancia entre objetos cuánticos. La peculiar naturaleza del entrelazamiento ofrece el ingrediente exótico que precisa la estabilidad de los agujeros de gusano. Y como el entrelazamiento es una propiedad común de la física cuántica, es relativamente fácil de crear.

«Se trata de una idea teórica muy hermosa», afirma Nabil Iqbal, físico de la Universidad de Durham que no participó en la investigación. Aunque este método teórico ayuda a estabilizar los agujeros de gusano, solo da lugar a agujeros microscópicos. Pero ha inspirado una línea de trabajo que aplica el truco del entrelazamiento a distintos tipos de materia con la esperanza de obtener agujeros más grandes y duraderos.

Una idea fácil de visualizar proviene de una reciente prepublicación de Iqbal y su colaborador de la Universidad de Durham Simon Ross. Ambos estudiaron si era posible conseguir un agujero de gusano de gran tamaño con el método de Gao, Jafferis y Wall. «Pensamos que sería interesante, desde el punto de vista de la ciencia ficción, explorar los límites y ver si podría existir un objeto así», apunta Iqbal. Su trabajo demuestra que ciertas perturbaciones de los campos magnéticos que rodean a un agujero negro podrían, en teoría, generar agujeros de gusano estables. Por desgracia, el efecto sigue sin dar lugar a agujeros de gusano macroscópicos, e Iqbal admite que es muy poco probable que la situación ocurra en la realidad.

Y otro trabajo reciente, cuyo primer firmante es José Luis Blázquez Salcedo, de la Universidad Complutense, también prueba la existencia de agujeros de gusano transitables (aunque microscópicos) sin necesidad de postular materia exótica. Los autores emplean un modelo simplificado, que trata la materia como un conjunto de fermiones descritos por funciones de onda cuánticas y en el que la carga eléctrica juega un papel crucial.   

Estos trabajos ponen de manifiesto ese punto más delicado que mencionábamos en la construcción teórica de agujeros de gusano: encontrar un proceso realista que no requiera añadir algo situado mucho más allá de los límites de la física conocida. El físico Juan Maldacena, del Instituto de Estudios Avanzados, que ya había sugerido conexiones entre los agujeros de gusano y el entrelazamiento en 2013, y su colaborador Alexey Milekhin, de la Universidad de Princeton, han hallado un método que podría producir agujeros de gran tamaño.

La pega de su planteamiento es que la misteriosa materia oscura que llena el cosmos debería comportarse de una manera concreta, y puede que el universo en que vivimos no tenga nada que ver con eso. «Tenemos unas herramientas limitadas», lamenta Grado-White. «Para conseguir que algo tenga el aspecto que necesitamos, solo podemos hacer una cantidad determinada de cosas con esas herramientas.»

El auge de la investigación sobre los agujeros de gusano continúa. De momento, no parece que vayamos a tener nada parecido a una máquina para producir a voluntad agujeros de gusano de tamaño humano, pero se están produciendo avances en el plano teórico. «Estamos descubriendo que, en realidad, podemos obtener agujeros de gusano que permanezcan abiertos a partir de efectos cuánticos sencillos», concluye Grado-White. «Durante mucho tiempo, pensamos que no era posible construir esos objetos [teóricos]... y resulta que sí podemos.»

Brendan Z. Foster

Referencias: «Towards traversable wormholes from force-free plasmas», Nabil Iqbal y Simon F. Ross en arXiv:2103.01920 [hep-th], 2 de marzo de 2021. «Traversable wormholes in Einstein-Dirac-Maxwell theory», José Luis Blázquez Salcedo, Christian Knoll y Eugen Radu en Physical Review Letters, vol. 126, art. 101102, 9 de marzo de de 2021. «Humanly traversable wormholes», Juan Maldacena y Alexey Milekhin, Physical Review D, vol. 103, art. 066007, 9 de marzo de 2021.

Fuente

 

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