Un astrofísico los definió ante la pregunta de un estudiante “como un túnel entre dos puntos distantes en nuestro universo, que acorta el tiempo de viaje entre un punto y el otro”. De modo que, si existen, los agujeros de gusano serían como una máquina del tiempo. O si eres científico, responderían algunas de las preguntas más difíciles sobre la verdadera naturaleza de nuestro universo. Pero en realidad, la ciencia todavía no encontró ningún agujero de gusano, y eso solamente si es que siguen buscándolos.
En Gizmodo queremos reavivar el Y2K y llevarlo a la física teórica. Como sucedió con la teoría de cuerdas, esos “casos perdidos” en la ciencia popular no significan que la ciencia haya abandonado la idea. No será espectacular como en las novelas de ciencia ficción, pero los avances llegan de maneras muy diferentes.
Les preguntamos a algunos científicos si los agujeros de gusano ya no interesan. Más allá de si creemos que existen o no, queremos saber si la ciencia tiene los medios para seguir explorando el concepto, y qué avances harían falta para vencer esas dificultades.
Tal vez, ahora el interés está en campos como la gravedad cuántica, algo diferente, aunque relacionado con ellos. ¿Hay desarrollos notables para que se sigan estudiando los agujeros de gusano?
Enrique Gaztañaga
Cosmólogo, Universidad de Portsmouth, Reino Unido.
No creo que se haya llegado a un punto muerto en términos científicos. Creo que cambió lo que suponíamos. La imagen popular es de un túnel en el espacio-tiempo, que tal vez algún día pudiéramos recorrer, pero eso presenta dificultades formidables. No puedes transitar el puente original Einstein-Rosen relacionado con un agujero negro, y mantener abierto un agujero de gusano requeriría de formas de tensión-energía muy inusuales. No hay evidencia observable de que existan, tampoco.
Pero desde la física fundamental, siempre fueron interesantes. Ya no pensamos que sean sistemas de transporte especulativos que respondan preguntas sobre la gravedad cuántica y ese tipo de cosas.
Uno de los desarrollos más impactantes es la idea que se resume como ER=EPR: el puente Einstein-Rosen que conecta dos regiones de agujeros negros podría estar muy relacionado con el entrelazamiento cuántico entre ellos. La cuestión cambia si esa identificación es fundamental, o no. El agujero de gusano tal vez no sea principalmente algo que permita que la materia viaje de un lugar a otro, sino que podría indicarnos que dos regiones de espacio-tiempo que parecen separadas son en realidad parte de un mismo estado cuántico.
La posibilidad resulta interesante en cuanto al problema de la información de los agujeros negros. La relatividad general clásica divide el espacio-tiempo en regiones, separadas por horizontes en tanto que la mecánica cuántica insiste en que la evolución completa debería ser unitaria. Los agujeros de gusano y los puentes Einstein-Rosen brindan un lenguaje geométrico en el que la información que parece inaccesible desde una región semiclásica podría pertenecer a una descripción cuántica global y más grande.
Por eso, no es que la investigación de los agujeros de gusano se haya detenido, sino que migró. Nos preguntamos si nos ayudarán a entender el espacio-tiempo, la información cuántica y la gravedad y cómo encajan en lugar de preguntarnos si nos acercan a la construcción de un túnel hacia otra galaxia.
Mi trabajo es explorar si la descripción cuántica completa de los agujeros negros y los “rebotes” cosmológicos requeriría de sectores de espacio-tiempo complementarios que para el observador clásico se vieran desconectados pero que pertenecieran a un estado cuántico global. El puente Einstein-Rosen no sería tanto un pasaje por el espacio sino la clave de que nuestra imagen clásica contiene solo parte de la geometría completa.
Incluso, podría tener conexión observacional ya que las escalas mayores del Fondo de Microondas del cosmos muestran una preferencia mensurable entre la paridad par e impar. Yo estoy explorando si esta asimetría en paridad podría ser un fósil de un estado cuántico PT-simétrico más fundamental en que las orientaciones opuestas espaciales y temporales pertenecen a una única descripción completa, aunque el universo clásico que observamos corresponde a solo una rama. Si eso es así, ese fondo de microondas podría contener rastros observacionales del tipo de totalidad cuántica que tanto los puentes Einstein-Rosen como los agujeros de gusanos nos llevan a pensar.
Tal vez no sean caminos por el espacio-tiempo, sino que nos estén diciendo algo más fundamental sobre qué es el espacio-tiempo.
Juan Maldacena
Teórico físico del Instituto de Estudios Avanzados, Premio de Avances en la Física Fundamental.
Los agujeros de gusano que te permitirían viajar más rápido que la luz en el espacio no son posibles por los principios de la relatividad general y la mecánica cuántica. Por eso es improbable que existan.
Hay una gran variedad de otros agujeros de gusano que dan lugar a efectos físicos muy interesantes o que son útiles para determinadas computaciones. Algunos están muy relacionados con el entrelazamiento cuántico.
Ali Övgün
Físico teórico de la Universidad Oriental Mediterránea del norte de Chipre.
Mi respuesta es que no creo que se trate de un punto muerto, sino que los agujeros de gusano siguen siendo una pregunta abierta sobre lo que la gravedad permite, y son una herramienta útil para explorar la relación entre el espacio-tiempo y la física cuántica. Pero debemos distinguir su valor teórico de la evidencia de su existencia porque no tenemos ninguna observación confirmada de un agujero de gusano astrofísico.
El obstáculo principal es la consistencia física. Las ecuaciones que describen a los agujeros de gusano no muestran cómo podría la naturaleza formarlo, sostenerlo y mantenerlo estable cuando la materia lo atravieses. En la relatividad general los agujeros de gusano transitables requieren de inusuales condiciones de energía cerca de su garganta. Los campos cuánticos pueden mostrar energía negativa, pero hay restricciones. Según Ford y Roman los rebotes de energía restringen en mucho las geometrías de agujero de gusano que se han propuesto. Son obstáculos importantes, pero no descartan su existencia.
También, la investigación ha formado conexiones sólidas con la gravedad y la información cuánticas. Gao, Jafferis y Wall demostraron que los efectos cuánticos pueden hacer que un agujero negro sea transitable en un contexto gravitacional en particular con interacción entre sus límites. Maldacena, Milekhin y Popov luego construyeron un modelo de cuatro dimensiones, respaldado por efectos cuánticos. Son resultados que establecen posibilidades bajo presunciones específicas, pero no brindan la receta práctica para la construcción de un agujero de gusano.
El experimento del procesador cuántico de 2022 muestra algo más. Se estudió la dinámica de la información cuántica, interpretada a través de la descripción de un agujero de gusano. No crearon un túnel físico por el espacio-tiempo. Son experimentos que sirven para investigar aspectos de la conexión propuesta entre la gravedad y el entrelazamiento, con limitaciones importantes que surgen de los sistemas pequeños con los que tienen que ver.
Se sigue trabajando en posibles firmas astronómicas. En mi reciente trabajo con Reggie Pantig estudiamos cómo podría afectar el plasma de alrededor a los anillos de fotones en un modelo de agujero de gusano en particular. Vimos que una firma podría depender del entorno, así como de la geometría del espacio-tiempo. La imagen inusual requería entonces de una interpretación muy atenta, antes de que se la atribuya a un agujero de gusano.
No se ha reducido su importancia científica. Creo que el avance significativo requiere de modelos que conectan un mecanismo de soporte creíble con una formación, estabilidad y predicciones que puedan ponerse a prueba. Se pueden hacer mejores observaciones y experimentos cuánticos más grandes, pero el trabajo teórico sigue siendo necesario. Incluso establecer límites firmes sobre cuáles agujeros de gusano pueden existir nos enseñaría algo valioso sobre la gravedad.
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