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Los agujeros negros de gusano en la ciencia y en la CiFi.

Introducción:

Ya se ha escrito mucho sobre el tema y no es para menos. Esta sí que sería la última frontera. Es un tema  complicado y se ha dicho mucho sobre estos , pero eso no va a ser un obstáculo para que le dedique un generoso espacio en este post.

Me interesa mucho analizar como ha ido variando la receptividad de ciertas teorías y como la ciencia ficción unas veces acierta y otras no. Dedicaré buena parte de este artículo a explicar como científicos y novelistas han ido madurando conjuntamente en lo relativo a estos conceptos teóricos a lo largo de la historia.

La reacción de incredulidad de algunas personas ante ciertos planteamientos de la ciencia ficción tiene que ver con el estado de la ciencia en ese momento. En la ciencia ficción se viene manejando desde hace algunos años un concepto que es el de los agujeros negros de gusano. Evidentemente, es un concepto puramente teórico, pero muy sugerente, quizás fantasioso, pero compatible con los postulados de la física moderna, la cual no se pronuncia sobre su existencia, pero sí sobre su posibilidad ya que no violaría ninguna ley física.

En un futuro puede que las cosas no resulten exactamente iguales a como las imaginamos, pero actualmente hemos ido mucho más lejos de lo que los novelistas de ciencia ficción como Julio Verne habían imaginado. No hemos viajado al centro de la tierra y parece que ese mundo que imaginó Julio Verne es pura fantasía, pero si hemos pisado la Luna y nuestros robots han encontrado abundancia de hielo en Marte. En mi novela Éxodo ya en el primer volumen se habla de agujeros negros aunque apenas se hace desde el punto de vista de agujeros de gusano. En mi segundo volumen aún inédito si se hablará bastante más de agujeros de gusano en el sentido de atajos para viajes interestelares, y es que se ha convertido en un recurso casi imprescindible.

El planeta de los simios antes y después de los agujeros de gusano:

Planeta de los simios  versión antigua

La primera película del planeta de los simios, es producto de un largo viaje en hibernación, y se basó en la paradoja de los gemelos formulada por que analiza la distinta percepción del tiempo entre dos observadores con diferentes estados de movimiento. En la formulación de la paradoja, se toma como protagonistas a dos gemelos; el primero de ellos hace un largo viaje a una estrella en una nave espacial a velocidades cercanas a la velocidad de la luz el otro gemelo se queda en la Tierra. A la vuelta, el gemelo viajero es más joven que el gemelo terrestre. http://es.wikipedia.org/wiki/Paradoja_de_los_gemelos. En la película vuelven a la tierra después de muchos años y ya nada es igual.

Planeta de los simios versión moderna

Por el contrario en la versión moderna el protagonista atraviesa una anomalía espacio temporal. () y viaja al futuro. Es lógico, la paradoja de los gemelos en su momento fue un auténtico filón, pero ahora la imaginación nos lleva mucho más lejos de manos de los agujeros de gusano y anomalías espacio temporales.

Puede que esta diferencia de planteamiento no sea lo más llamativo de esta nueva película, pero si que indica como funciona la inspiración y el proceso creativo. No podemos imaginar partiendo de la nada. ¿Se imaginan la clase de escritor de ciencia ficción que podría resultar de la pluma de un escritor del siglo XVII? La ciencia en este siglo empezó a indagar en temas muy trascendentes para los que solo la religión parecía tener respuesta. ¿Quienes somos? ¿De donde venimos? De hecho Galileo provocó un fuerte rechazo en la iglesia por atreverse a competir con las escrituras sagradas rectificando conceptos tan trascendentes.

La pregunta que deseo plantear es esta. ¿Se imaginan que clase de escritor de ciencia ficción podía hacerse entonces, cuando ni siquiera se sospechaba que la tierra giraba al rededor del sol? Sería ficción, pero no ciencia ficción. Podría ser otro cuento como los de las mil y una noches. La ciencia con sus avances trascendentes está socavando la supuesta trascendencia de los textos sagrados que hoy en día quieren verse como simples alegorías, pero en su momento hace 5000 años pretendieron ser verdades reveladas sobre temas trascendentes desconocidos para la humanidad. Nos ofrecieron respuestas falsas, pero estas historias no son siquiera ciencia ficción que es lo que nos interesa en el presente artículo ¿verdad?

Contact (el primer agujero de gusano de la ciencia ficción):

Lógicamente una vez que los físicos como Kip Thorne, del que hablaremos más adelante, dieron forma matemática a los atajos hiperespaciales, los novelistas de ciencia ficción no pudieron  desperdiciar la apasionante posibilidad de conectar dos remotos puntos en el espacio tiempo a través de un agujero de gusano. Contact, Stargate, Espacio profundo nueve, y muchas otras novelas han aplicado esos conceptos.

La novela «Contact», en la que se inspira la película protagonizada por  Jodie Foster, fue escrita por . Reputado científico y famoso entre otras cosas por su maravilloso documental de divulgación «Cosmos (Un viaje personal)(1980)».

Carl Sagan

Fue pionero en exobiología y promotor del proyecto SETI (literalmente Búsqueda de inteligencia extraterrestre)

http://es.wikipedia.org/wiki/Carl_Sagan

Fue Carl Sagan, quien planteo a Kip Thorne el problema de resolver un sistema de transporte interestelar a velocidades mayores que la luz que necesitaba para su novela «Contact».

A raíz de ello, Michael Morris, Kip Thorne, y Uri Yertsever (MTY) del Instituto de Tecnología en California, publicaron un artículo en 1987, que ha sido el punto de partida sobre el interés en este hipotético tipo de agujeros. «Contact» (Contacto) vio la luz en 1997.

Es el tipo de ciencia ficción que a mí me gusta. (hard) Cuando la vi la primera vez, me quedé fascinado por el rigor científico de la primera parte de la película cuando van descubriendo mensajes dentro del mensaje recibido, pero luego cuando la película pasa a la fase de viaje interestelar a través del agujero de gusano, me pareció que se habían excedido. Aquello me pareció magia, no ciencia ficción.

Contact

De todas formas como me gustó mucho tuve oportunidad de volverla a ver bastantes años después, y mi percepción había cambiado totalmente. Ya conocía algo más sobre la teoría de los agujeros de gusano, y pese a que continua siendo una de esas teorías límite de la ciencia que estamos muy lejos de ratificar como posibilidad, ya me permitió ver la película con otros ojos muy distintos. Básicamente mi admiración por la película subió bastantes puntos pero el que había cambiado era yo a la luz de los avances teóricos de la física.

Jodie Foster

http://es.wikipedia.org/wiki/Contact_(pel%C3%ADcula)

Es una de las mejores películas de ciencia ficción. Aborda las perspectivas científica, filosófica, política y religiosa, y además es una historia de auto-superación muy humana.

Para historia de auto superación nada como la propia historia del científico de mayor prestigio reconocido en el estudio teórico de los agujeros negros. Hablo de que es un físico, cosmólogo, y divulgador científico del Reino Unido. Vamos a hablar de él porque para comprender que es un agujero negro de gusano, antes necesitamos comprender que es un agujero negro.

Stepfen Hawking:

Uno de los científicos que mayores avances teóricos ha realizado en el estudio de los agujeros negros es precisamente Stephen Hawking. Posee doce doctorados honoris causa entre muchas distinciones más.

Stephen Hawking

Está aquejado de una Esclerosis Lateral Amiotrófica que le tiene postrado en silla de ruedas sin apenas poder usar su cuerpo ya que toda su musculatura voluntaria está dejando de funcionar progresivamente, pero su mente no se ha rendido. Es un defensor de la idea de que la ciencia debe ser divulgada. Él lo tiene más difícil porque su campo de trabajo es sin duda realmente complicado y farragoso, pero a pesar de ello escribió un libro «La historia del tiempo» que es una obra de divulgación científica extraordinaria. No es su única contribución a la divulgación científica. (Otros títulos: La Gran Ilusión, Brevísima historia del tiempo, A hombros de gigantes, El universo en una cáscara de nuez, etc.) Es un enamorado de la ciencia que disfruta compartiendo sus conocimientos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Stephen_Hawking

http://www.elortiba.org/hawking.html

Desde 1970, Hawking empezó a aplicar sus ideas previas al estudio de los  agujeros negros y usando la Teoría cuántica y la Relatividad General de Albert Einstein, fue capaz de demostrar que los agujeros negros pueden emitir radiación. Por ello su famosa frase de que los agujeros negros no son tan negros, y que entre otras cosas permite predecir que los agujeros negros muy pequeños (a escala subatómica) son poco persistentes ya que se desintegran por la emisión de esa radiación conocida como radiación de Hawking. Fue a raíz de sus trabajos que todo tipo de especulaciones teóricas sobre los agujeros negros empezaron a tomar forma sobre una base teórica bastante sólida. Cuando  Michael Morris, Kip Thorne, y Uri Yertsever propusieron la idea de los agujeros negros de gusano y argumentaron la compatibilidad con las teorías sobre agujeros negros de Hawking se suscitó un gran interés, que no ha sido ajeno a los autores de ciencia ficción.

Albert Einstein:

Albert Einstein

En realidad la idea de considerar la gravedad como el efecto de la curvatura espacio tiempo ya viene de la teoría general de A. Einstein.  Stephen Hawking hizo un gran trabajo pero su trabajo está sustentado por hombros de otros gigantes de la ciencia (como Einstein), tal y como él decía. Ambos físicos, Hawking y Einstein, han sido comparados por su genialidad. Einstein era mucho más reservado y no consideraba apropiado hablar con profanos sobre su teoría de la relatividad. Probablemente, su ecuación de la física más conocida a nivel popular es la expresión matemática de la equivalencia masa – energía, E=mc², deducida por Einstein como una consecuencia lógica de su teoría de la relatividad. En 1915 presentó la Teoría General de la Relatividad, que generaliza la llamada teoría especial de la relatividad, y en esta nueva teoría reformuló por completo el concepto de gravedad. Gracias a esto se dio un avance muy considerable en la física. http://es.wikipedia.org/wiki/Einstein

Einstein pensó en los agujeros negros como algo hipotético y extraordinariamente curioso, pero que no había sido observado jamás. Las observaciones han venido después, pero ahora la situación con los agujeros negros de gusano imaginados por Thorne podría ocurrir algo similar. La teoría existe pero falta la observación del fenómeno.

El gran colisionador de partículas LHC:

Actualmente sabemos poco sobre los agujeros negros que requieren una comprensión muy profunda de la física, pero existe el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) http://es.wikipedia.org/wiki/Gran_Colisionador_de_Hadrones (Hadrones es el nombre de un tipo de partículas que corresponden a  groso modo con protones y neutrones)

LHC

Algunos han mostrado el temor de que dicho colisionador provoque un agujero negro que terminaría tragándose todo el planeta, sin embargo , esos temores carecen de base científica matemática, no tienen en cuenta demasiadas cosas. Por ejemplo la radiación de Hawking prevé una muy corta vida para un microagujero negro, también olvidan que la tierra está siendo bombardeada por los rayos cósmicos que alcanzan continuamente la Tierra y que suponen el equivalente a un millón de LHC, y pese a eso la Tierra sigue existiendo. No solo eso, se cree que el menor tamaño posible para un agujero negro estable sería enorme. En abril de 2008 el equipo coordinado por Nikolai Saposhnikov y Lev Titarchuk identificó el más pequeño de los agujeros negros conocidos hasta la fecha; denominado J 1650,  en la constelación Ara (o Altar) de nuestra galaxia. J 1650 tiene una masa equivalente a 3,8 soles y tan solo 24 km de diámetro. Se considera que por debajo de esas dimensiones una estrella que colapsara, se transformaría no en un agujero negro sino en una estrella de neutrones. Los agujeros negros que podrían producirse en el LHC son del tamaño incomparablemente menores. Hablamos del tamaño de una partícula subatómica. Sería muy denso, pero en términos absolutos tendría muy poca masa.

El LHC está localizado en Ginebra (frontera Franco -Suiza) y perteneciente al CERN.(Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Se trata del mayor laboratorio de investigación en física de partículas a nivel mundial. http://es.wikipedia.org/wiki/CERN.  Teóricamente se espera que, una vez en funcionamiento, se produzca la particula másica conocida como el bosón de Higgs (a veces llamada «la partícula de Dios«). En realidad no encoontrar esta partícula sería una sorpresa. Se concede un 95% de probabilidad de que esto ocurra y un 60% de probabilidad de que se encuentre supersimetría.

Hipotética traza del bosón de Higs

En la imagen siguiente se representa la imagen que podría obtener el LHC si encuentra esta partícula de Dios.

El nuevo acelerador usa el túnel de 27 km de circunferencia creado para el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP en inglés).

En realidad el LHC va poco a poco haciendo progresos. Se prevee que se generen la mayores densidades de energías jamás creadas por el hombre. Hablamos de temperaturas 100.000 veces más calientes que en el núcleo del Sol concentradas a escala subatómica . Ya se han enviado pequeños grupos de protones.

Para los interesados en construirse un acelerador de partículas como el LHC, que sean manitas, les guste el bricolaje, y que dispongan de 8000 millones de dólares para intentarlo. Les ofrezco la referencia del manual. Eso sí, el manual es gratis.

http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2008/08/25/free-online-full-documentation-for-the-large-hadron-collider/

El CERN está en la recta final. Los 1600 imanes superconductores que guiarán los protones alrededor del anillo del LHC han sido enfriados a una temperatura de unos dos grados Kelvin. Faltan por hacer miles de pruebas eléctricas y de materiales que se harán dentro de poco, y si todo va bien en septiembre el LHC estaría listo para empezar a operar. La importancia de los resultados serán muy importantes tanto si se encuentra el bosón de Higgs (partícula de Dios) como si se encuentra algo distinto, o no se encuentra nada. Se trata de contrastar teorías y de ponerlas a prueba. Puede que dependiendo de los resultados algún científico tenga que hacer alguna visita a salud mental, porque están en juego muchos años de complicadísimos trabajos teóricos.

¿Nos estamos apartando demasiado de los agujeros negros de gusano? Quizás no, porque dos matemáticos rusos han sugerido que el acelerador de partículas , LHC  podría crear las condiciones para viajar hacia el pasado o el futuro. Irina Arefieva e Igor Volovich creen que el LHC, cuya inauguración se espera pronto, podría crear diminutos «agujeros de gusano» en el espacio, los que posibilitarían el traslado a través del tiempo. Habría que preguntarles sobre la paradoja del viaje atrás en el tiempo. Si alguien viaja hacia el pasado y  el viajero en el tiempo mata a su propio abuelo antes de que su propio padre haya sido concebido ¿de donde demonios surgió él?¿Multiversos paralelos? El LHC no solo es considerado como la máquina del juicio final o del fin del mundo, parece que ahora, según algunos, una micropuerta en un microagujero de gusano podría servir para viajar en el tiempo. ¿Que les pasa a los científicos? ¿Se han vuelto locos? Sucede que ante los asuntos realmente trascendentes siempre hay quien quiere ir mucho más allá de lo que los datos experimentales nos muestran y por eso es muy importante el LHC. Aportará esos datos experimentales que ahora faltan. Teorías como la de las supercuerdas que contemplan dimensiones adicionales a las conocidas serán probablemente confirmadas o refutadas. La producción de agujeros negros requiere una fuerte atracción gravitacional. Pero la gravedad es mucho más débil que otras fuerzas, como el electromagnetismo. Una forma de explicar esto sería asumir la existencia de dimensiones extra en el espacio que posibiliten el transporte de la fuerza gravitacional -el llamado gravitón- pero que no sea accesible para otras partículas, como los quarks, electrones y fotones. Si ese fuera el caso, la gravedad podría ser fundamentalmente fuerte pero parecer débil a nosotros, ya que los gravitones pasarían la mayor parte del tiempo fuera de nuestro espacio de tres dimensiónes espaciales más el tiempo. Si se consigue crear microagujeros negros, no pasaran desapercibidos porque emitirían radiaciones de altísima energía. Del varios órdenes de magnitud (número de ceros) superior a la emitida por el sol.

El agujero negro de gusano:

Ahora intentemos centrarnos sobre el caso particular que nos interesa. Los agujeros negros de gusano.

Aspecto agujero negro

Aspecto agujero negro

Por lo que se sabe un agujero negro normal y un agujero negro de gusano serían completamente indistinguibles para nosotros, salvo que intentáramos atravesarlos, y en ese caso, es probable que tampoco quedará lo suficiente de nosotros como para poder contarlo. Simplemente la acción de la gravedad en las proximidades de un agujero negro del tipo que sea, pero suficientemente grande para ser estable, sometería a la nave que se acerque, a un proceso violento de estiramiento que la despedazaría por completo.

En los años 50 Isaac Asimov y otros empezaron a hablar de para explicar los viajes espaciales a velocidades superiores a las de la luz, pero sin intentar explicarlo. Es interesante comprobar como la ciencia ficción ya estaba imaginando entonces, antes de que se hablara de los agujeros negros de gusano, una especie de distorsión espacio temporal que permitiera conciliar la física con los viajes a velocidades superiores a las de la luz.

Vamos ahora a intentar acotar algo más lo que se sabe sobre los agujeros negros de gusano. En la imagen siguiente las tres dimensiones espaciales se ha imaginado representándolas en dos dimensiones como una superficie curvada que contiene una conexión que sirve de atajo entre dos puntos del espacio tiempo. Esta es la idea básica. Para un atajo necesitamos de una cuarta dimensión espacial. La teoría de cuerdas predice la existencia dimensiones extra.

Agujeros de gusano

http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_de_gusano

Una primera cosa que me interesa resaltar es que algunos ya se han apresurado a decir que sería imposible fabricar un agujero de gusano porque necesitaría cantidades colosales de energía.  Hay un frecuente error de concepto. Un agujero negro no es un elemento supermasivo sino un elemento superdenso. Es decir mucha masa concentrada en muy poco espacio. Esto en realidad habría que verlo como una deformación espacio-tiempo. Por todo ello cabe hablar de microagujeros negros que siendo igual de densos tendrían un comportamiento muy diferente por ser muy pequeños. http://es.wikipedia.org/wiki/Micro_agujero_negro. Estos serían extremadamente pequeños, concretamente del tamaño de una partícula subatómica. Evidentemente una nave espacial no cabe por un túnel de tamaño de una partícula atómica, y para obtener un túnel de agujero de gusano transitable, si es que tal cosa se consigue, se necesitaría una cantidad de energía colosal. Pero eso no hay que verlo como netamente imposible. En ese sentido dudo mucho que una persona del siglo XVII contemporaneo de Galileo pudiera siquiera imaginar que el hombre llegaría a ser capaz de hacer algo tan tremendo como una bomba de hidrógeno.

Un agujero de gusano permitiría viajar en ambos sentidos, entrar y salir hacia y desde otros universos, conectándolos y sirviendo como atajo entre dos regiones distantes de un universo curvado. Kip Thorne, creador de esta teoría, explicó que para mantener la estabilidad de un agujero de gusano, se debería reforzar las paredes mediante materia exótica. Se denomina así a un tipo de materia con masa negativa  que generaría antigravedad y que evitaría que los extremos del túnel se cerraran sobre sí mismos. Se dice que la materia exótica viola las condiciones conocidas para la energía, pero al menos teóricamente se cree podría existir en alguna parte del universo.

Agujero de Kerr

Sin embargo hay una teoría aún más sugerente porque no requiere de la materia exótica. En 1963, Roy Kerr, matemático neozelandés, encontró una solución de las ecuaciones de Einstein para un agujero negro rotacional, el cual tendría propiedades inverosímiles. El agujero negro no colapsaría en un punto sino en un anillo giratorio de neutrones debido a la fuerza centrifuga. Eso podría significar una entrada/salida estable de un agujero de gusano. Pasando a través de estos anillos se accedería a otro punto espacio temporal. ( http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro_de_Kerr,o tambien , http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro_de_Kerr-Newman)

A escala subatómica las cosas ocurren de otra forma y se elucubra sobre la existencia de una espuma cuántica. Sería una espuma de espacio tiempo donde se producirían y destruirían de forma continua y muy rápida, agujeros de gusano muy inestables. Solo se podrían estabilizar dichos agujeros de gusano invirtiendo enormes cantidades de energía.

¿Alguna conclusión realmente?

Teóría de cuerdas, teoría del todo, bosón de Higgs, la supersimetría, algo de esto podría ser desvelado dentro de tan solo algunas semanas. Probablemente será un hito importante que marcará un antes y un después en la apasionante historia de la ciencia.

A día de hor, no es fácil sacar conclusiones de todo esto, pero no es de extrañar que la ciencia ficción se fijara en estos agujeros de gusano. No sabemos si podrían a llegar a ser puertas transitables para viajar a los confines del universo, y tampoco sabemos que es lo que encontraríamos allí. Sobre esto último existe una anécdota atribuida a Einstein. En uno de sus viajes en tren,  un revisor, le reconoció y se atrevió a preguntar al ilustre profesor, que es lo que existía más allá de los límites del universo. Einstein le miró por encima de sus lentes, sonrió y dijo. «No se preocupe, eso está muy lejos». Por cierto, sé que ya he terminado de escribir este artículo, pero parece que no he terminado de divagar, porque recuerdo otra anécdota igualmente atribuida a Einstein. Se ve que en otro viaje en tren no fue reconocido, y le preguntó a un revisor si podía leerle un artículo de un periódico ya que había olvidado las gafas, esta vez el revisor le miró sonriendo  y le dijo, lo siento señor, yo tampoco se leer. Y a propósito, … Pufff, que tarde es.

Última hora:

A día de hoy las pruebas preliminares del LHC ya han permitido observar las primeras partículas, en el video creo que lo están celebrando con un Rap.

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4 Comentarios

  1. cristian mondragon

    me gustaría saber si las pruebas para crear agujeros negros fue un éxito o simplemente fracaso.
    si las teorías llegan hacer ciertas para mi sería grandioso estar dentro de un agujero negro

  2. admin

    Previsiblemente el LHC (colisionador de hadrones ) será el primero que lo logre y serán microagujeros negros de vida muy corta.

  3. cristian mondragon

    pero si sera que ese tiempo es lo suficiente para poder averguar si realmente funcionan

  4. admin

    Supongo que eso dependerá de lo pequeño que sea y de lo breve que sea su existencia. Esperan poder detectarlos por no hay nada seguro. El más eminente científico sobre estos temas Stephen Hawking cree que los resultados seguramente serán sorprendentes e inesperados. Supongo que esto responde al estado emocional de estar a punto de desvelar los secretos más ocultos de la esquiva física de las partículas subatómicas.

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