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¿Podrían los fotones viajar en el tiempo a través de un agujero de gusano?

¿Podrían los fotones viajar en el tiempo a través de un agujero de gusano?
¿Podrían los fotones viajar en el tiempo a través de un agujero de gusano?

Concepción artística de cómo sería viajar a la velocidad de la luz a través de un agujero de gusano.
Crédito: Christian Ortiz

De todas las cosas que la ciencia ficción ha tratado, el viaje en el tiempo es, como mucho, el tema más alucinante.

Lamentablemente, la realidad y las leyes de la física han básicamente eliminado casi todas las posibilidades y esperanzas de crear un agujero de gusano, y como consecuencia los viajes en el tiempo… a menos que seas un fotón.

Luke Butcher de la Universidad de Cambridge ha escrito un artículo que describe una forma hipotética (pero posible) de un agujero de gusano, que se podría mantener abierto el tiempo suficiente como para permitir que un fotón pase a través de él.

Los agujeros de gusano fueron sugeridos por primera vez por Albert Einstein y Nathan Rosen en 1935. Esencialmente, un agujero de gusano es una especie de túnel hipotético que permitiría a cualquier viajero escapar de los confines y las ataduras del continuo espacio-tiempo.

Puede ser que un agujero de gusano conduzca a otro universo paralelo, pero también podría doblarse tanto como para formar un puente a otro punto diferente del espacio-tiempo de nuestro Universo actual.

Sin embargo, los agujeros de gusanos son considerados como muy inestables, y no se mantienen abiertos el tiempo suficiente como para poder viajar a través de ellos.

Los físicos comenzaron entonces a preguntarse si había algo que pudiera mantener abierto el agujero de gusano. En 1988, un equipo de Caltech sugirió que un tipo de energía, llamada energía negativa podría, en teoría, ser utilizada para este fin.

Como la energía positiva atrae la materia y tira del agujero de gusano para cerrarlo, la energía negativa tendría el efecto contrario, o sea que repelería la materia, y mantendría abierto el agujero de gusano.

Estos investigadores de aquella época comenzaron a explorar la idea de utilizar la energía de Casimir como fuente de energía negativa para estabilizar el agujero de gusano.

En el vacío (como en el espacio), dos placas lisas y paralelas que están muy cerca una de la otra, están sometidas a los efectos cuánticos que atrapan la energía (ya sea positiva o negativa, dependiendo de las circunstancias) entre ellas.

Si se puede iniciar el vórtice del agujero de gusano, y se le añade energía negativa a su centro, esta, en teoría, lo mantendría abierto y retardaría el colapso.

Sin embargo, hay otro problema más: El propio agujero de gusano sería minúsculo.

Cuando se representan en la ciencia ficción, los agujeros de gusano son amplias aberturas que permiten a los viajeros en las grandes naves espaciales atravesarlos con facilidad.

En realidad, aunque los agujeros de gusano existan, los seres humanos no seríamos capaces de atravesarlo, ya que simplemente no serían lo bastante amplios.

Butcher razonó que, aunque los seres humanos no somos capaces de atravesar un agujero de gusano, a lo mejor los fotones sí pueden hacerlo.

Butcher hizo unos nuevos cálculos, basándose en sus investigaciones previas. Su nuevo diseño debería ser capaz de mantener abierto un agujero de gusano, pero este tendría que ser muy largo y muy estrecho.

Tampoco hay una buena manera de conseguir que la energía negativa se quede en el lugar correcto, ya que la densidad de energía renormalizada de Casimir es cero. Butcher escribió en su artículo:

“Sin embargo, la energía negativa de Casimir sí permite que el agujero de gusano se colapse muy lentamente.

Encontramos que la garganta del agujero de gusano se cierra lo suficientemente despacio de manera que un pulso de luz no tendría ningún problema en atravesar la región central”.

Aunque Butcher tenga razón, sus cálculos sean correctos, y sea capaz de mantener un agujero de gusano abierto el tiempo suficiente para que un fotón pueda pasar a través, eso no quiere decir que nuestros sueños de regresar en el tiempo y conocer, por poner un ejemplo, a Cleopatra esté a punto de hacerse realidad.

Este artículo sólo hace referencia a mantener abierto el agujero de gusano, pero no nos dice lo que le sucedería a una persona – o a un fotón, una vez dentro. Por ahora nos tendremos que conformar con la ciencia ficción para los viajes en el tiempo.


Viajes en el tiempo: teorías, paradojas y posibilidades.

Los viajes en el tiempo – moverse entre distintos puntos en el tiempo – han sido por décadas un tema popular en la ciencia ficción. 

En franquicias que incluyen a “Doctor Who”, “Star Trek” y “Volver al Futuro” se han visto humanos subiéndose a algún tipo de vehículo y llegando al pasado o al futuro, listos para emprender nuevas aventuras.

Sin embargo, la realidad es más confusa. 
 
No todos los científicos creen que sea posible viajar en el tiempo. Algunos dicen incluso que los resultados podrían resultar fatales para cualquier humano que se ofreciera a intentarlo.

Comprendiendo el tiempo

¿Qué es el tiempo? Mientras la mayoría de las personas considera el tiempo como una constante, el físico Albert Einstein demostró que en realidad se trata de una ilusión; es relativo – puede variar para distintos observadores, dependiendo de la velocidad a la que se muevan por el espacio. Para Einstein, el tiempo constituye la “cuarta dimensión”. 

El espacio queda descrito por un arena tridimensional, el cual proporciona coordenadas al viajero – tales como largo, ancho y altura – indicando así su ubicación. El tiempo incorpora otra coordenada – la dirección – aunque, convencionalmente, ésta sólo avanza.

La teoría de relatividad especial de Einstein indica que el tiempo se ralentiza o acelera, en función de la rapidez a la que nos movamos con respecto a alguna otra cosa. 

Al alcanzar la velocidad de la luz, una persona en el interior de una nave espacial envejecería mucho más lento que el hermano gemelo que tiene en casa. Por otro lado, en la teoría de relatividad general de Einstein, se considera que la gravedad puede curvar el tiempo.

Imaginemos una tela de cuatro dimensiones y llamémosla espacio-tiempo. Cuando algo que posee masa se sitúa sobre este trozo de tela, produce un surco en ella – una curvatura en el espacio-tiempo. Esta curvatura es la que conocemos como gravedad, y es la causante de que los objetos se muevan en trayectorias curvas.

Ambas teorías (relatividad especial y general) han sido comprobadas con ayuda de satélites GPS que llevan relojes altamente precisos a bordo. 

Los efectos de la gravedad, así como también la mayor velocidad que tienen los satélites con respecto a los observadores situados en la superficie terrestre, hacen que los relojes ganen 38 microsegundos cada día (los ingenieros realizan las calibraciones correspondientes para dar cuenta de esta diferencia).

En un sentido, este efecto – denominado dilatación del tiempo – hace de los astronautas unos viajeros en el tiempo, ya que regresan a la Tierra siendo muy ligeramente más jóvenes que sus hermanos gemelos que no salieron del planeta.

A través del agujero de gusano

Según la NASA, la relatividad general también da cabida a escenarios que podrían permitir que los viajeros viajaran hacia atrás en el tiempo. Las ecuaciones, sin embargo, podrían resultar difíciles de representar físicamente.

Una opción sería moverse más rápido que la luz, la cual viaja en el vacío a 299.792 kilómetros por segundo. No obstante, las ecuaciones de Einstein muestran que un objeto que viajase a la velocidad de la luz tendría masa infinita y longitud nula. 

Esto parece ser físicamente imposible, aunque algunos científicos han ampliado estas ecuaciones y dicho que podrían llevarse a cabo.

Otra posibilidad, declaró la NASA, sería crear “agujeros de gusano” entre diferentes puntos del espacio-tiempo. 

Pero a pesar de que las ecuaciones de Einstein soportan su existencia, los agujeros de gusano colapsarían demasiado rápido y sólo serían adecuados para partículas muy pequeñas. 

Además, los científicos tampoco han observado aún un agujero de gusano, y la tecnología que se requeriría para crear uno está mucho más allá de lo que tenemos hoy en día.

Otras teorías

Aunque las teorías de Einstein parecieran dificultar este tipo de viajes, algunos grupos han propuesto soluciones alternativas para dar saltos en la línea de tiempo.

Un cilindro infinito

El astrónomo Frank Tipler propuso un mecanismo (a veces denominado Cilindro de Tipler) en el que tomaríamos una cantidad de materia equivalente a 10 masas solares y luego la enrollaríamos para formar un cilindro muy largo y denso.

Después de hacerlo rotar a unas mil millones de revoluciones por minuto, una nave cercana – que siguiera una espiral muy precisa alrededor del cilindro – podría hallarse en una “curva temporal cerrada”, de acuerdo al Anderson Institute. 

De todos modos, existen limitaciones para este método, incluyendo el hecho de que el cilindro necesita ser infinitamente largo para que todo funcione.

Agujeros negros

Otra posibilidad sería mover una nave rápidamente alrededor de un agujero negro, o crear artificialmente una condición como aquella con ayuda de una estructura giratoria gigante.

“Y girarían y girarían, experimentando sólo la mitad del tiempo percibido por cualquier otro que estuviera muy alejado del agujero negro. 

La nave y su tripulación estarían viajando a través del tiempo”, escribió el físico Stephen Hawking para el Daily Mail en 2010.

“Imaginemos que se mueven en torno al agujero negro durante cinco de sus años. Diez habrían transcurrido entonces en cualquier otro lugar. Para cuando regresaran a casa, todos en la Tierra estarían cinco años más viejos que ellos”.

Sin embargo, añadió, para que esto resultara, la tripulación debería viajar a una velocidad cercana a la de la luz. 

Además, el físico Amos Iron del Instituto de Tecnología Technion-Israel señaló otro problema en el caso de que se usara una máquina: ésta se destrozaría antes de ser capaz de rotar tan rápido.

Cuerdas cósmicas

Otra teoría para tener potenciales viajeros del tiempo involucra algo llamado cuerdas cósmicas – angostos tubos de energía que se extienden a lo largo de todo el universo en expansión. 

Se prevé que estas finas regiones, vestigios del cosmos temprano, contienen enormes cantidades de masa, por lo que podrían deformar el espacio-tiempo a su alrededor.

Los científicos dicen que las cuerdas cósmicas o son infinitas o bien se encuentran en loops, esto es, no tienen extremos. 

La aproximación de dos de estas cuerdas paralelas entre sí curvaría el espacio-tiempo tan vigorosamente, y de una forma tan peculiar, que haría posibles los viajes a través del tiempo. En teoría.

Máquinas del tiempo

Por lo general se entiende que para viajar hacia delante o atrás en el tiempo, uno requeriría un aparato – una máquina del tiempo – que nos trasladara. 

La investigación del tema a menudo involucra curvar el espacio-tiempo de una manera tan drástica, que las líneas de tiempo se devuelven sobre sí mismas hasta formar un loop, técnicamente conocido como una “curva temporal cerrada”.

Para lograr lo anterior, con frecuencia se cree que las máquinas del tiempo necesitan una forma de materia con una denominada “densidad de energía negativa”. 

Un tipo de materia así de exótica posee propiedades rarísimas, como la de moverse en la dirección contraria a la que lo haría la materia normal al ser empujada. 

Esta materia, teóricamente, podría existir – pero si fuera así, sólo podría encontrarse en cantidades demasiado pequeñas como para permitir la construcción de una máquina del tiempo.

Sin embargo, las investigaciones sobre viajes en el tiempo sugieren que estas máquinas podrían funcionar sin el uso de una materia tan inusual. La idea consiste en tener un agujero con forma de rosquilla envuelto por una esfera de materia común. 

En el interior de este vacío con apariencia de rosquilla, el espacio-tiempo podría doblarse sobre sí mismo con ayuda de campos gravitacionales, hasta formar un curva temporal cerrada. 

Para regresar en el tiempo, un viajero debería avanzar por el interior de la rosquilla, adentrándose más en el pasado con cada vuelta.

A pesar de todo, esta teoría tiene un gran número de obstáculos. Los campos gravitacionales necesarios para crear una curva temporal cerrada tendrían que ser muy fuertes, y su manipulación requeriría de mucha precisión.

La paradoja del abuelo

Además de los problemas físicos, los viajes en el tiempo también nos enfrentan a situaciones únicas. 

Un ejemplo clásico es la paradoja del abuelo, en la que el viajero regresa en el tiempo y mata a sus padres o a su abuelo – el tema principal de las películas de “Terminator” – o interfiere en su relación – como en “Volver al Futuro” – de manera que “nunca nace”, o su vida se ve alterada para siempre.

Si esto fuera a ocurrir, los físicos indican que uno no nacería en un universo, pero sí en otro paralelo. 

Otros afirman que los fotones que componen la luz prefieren la autoconsistencia en las líneas de tiempo, hecho que interferiría con nuestro despiadado plan suicida.

Algunos científicos están en desacuerdo con lo antes mencionado, y aseguran que viajar en el tiempo es imposible sin importar cuál sea el método. 

En particular, aquel que involucra velocidades mayores a la de la luz atrajo la atención del astrofísico del Museo Americano de Historia Natural, Charles Lu.

Eso “matemáticamente hablando, simplemente no es posible”, comentó en una entrevista para el sitio LiveScience.

Por otra parte, puede que los humanos ni siquiera sean capaces de soportar un viaje en el tiempo. 

Para movernos a una velocidad cercana a la de la luz bastaría con usar una centrifugadora, lo cual resultaría letal, comentó en el 2012 Jeff Tollaksen, profesor de física de la Universidad Chapman.

Utilizar gravedad también sería fatal. Para experimentar la dilatación del tiempo, uno podría situarse sobre una estrella de neutrones, pero las fuerzas que percibiríamos nos harían trizas primero.

Entonces, ¿es posible?

Aunque los viajes en el tiempo parecen no ser posibles – al menos en el sentido de que un humano pudiera sobrevivir la experiencia – con la física que utilizamos hoy en día el tema se encuentra en constante cambio. 

Los avances en las teorías cuánticas tal vez podrían proporcionar un mejor entendimiento sobre cómo superar las paradojas presentes en este tipo de viajes.

Una opción, aunque no necesariamente enfocada a los saltos en el tiempo, tiene relación con resolver el misterio de cómo ciertas partículas pueden comunicarse instantáneamente entre ellas con mayor rapidez que la misma luz.

Mientras tanto, aquellos que estén interesados en viajar a través del tiempo pueden hacerlo, indirectamente, por medio de películas, series de televisión y libros. 

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