También conocido como el puente de Einstein-Rosen , es un aspecto topológico hipotético del espacio tiempo que es esencialmente un atajo desde un punto del universo a otro punto en el universo, permitiendo el viaje entre ambos de una forma más rápida de
Los agujeros de gusano se presentan como soluciones para las ecuaciones de Einstein en la teoría general de la relatividad cuando se aplican a los agujeros negros. De hecho, surgen tan seguida y fácilmente en este contexto que algunos teóricos se sienten inclinados a creer que eventualmente puedan encontrarse o fabricarse contrapartes y, quizá, ser utilizados para viajes más rápidos que la velocidad de la luz.
La teoría de los agujeros de gusano se remonta a 1916, poco después de que Einstein publicase su teoría general, cuando Ludwig Flamm, un físico Vienés desconocido, se fijó en la más simple y teórica forma posible de un agujero negro – el agujero negro Schwarzschild – y descubrió que las ecuaciones de Einstein permitían una segunda solución, ahora conocida como agujero blanco, que se encuentra conectado a la entrada del agujero negro por un conducto de espacio tiempo.(2) La “entrada” del agujero negro y la “salida” del agujero blanco podrían estar en diferentes partes del mismo universo o en diferentes universos. En 1935, Einstein y Nathan Rosen estudiaron más a fondo la teoría de las conexiones intra- o inter-universo en una presentación(1) cuyo propósito era el de explicar las partículas fundamentales, tales como electrones, en términos de túneles de espacio-tiempo unidos por líneas de fuerza eléctricas. Esto dio paso al nombre formal de puente Einstein-Rosen a lo cual más tarde el físico John Wheeler se referiría como “agujero de gusano” (el también acuño los términos “agujero negro” y “espuma cuántica”). La presentación de Wheeler en 1955 (3), trata sobre los agujeros de gusano en términos de entidades topológicas denominadas “geones” e incidentalmente provee el primer diagrama (ahora muy familiar) de un agujero de gusano como un túnel que conecta dos aberturas en diferentes regiones del espacio tiempo.
El interés en los agujeros de gusano navegables tomó auge a continuación de la publicación de un escrito en 1987 de Michael Morris, Kip Thorne, y Uri Yertsever (MTY) del Instituto de Tecnología en California (4,5). Este artículo surgió por una solicitud a Thorne hecha por Carl Sagan quien estaba dándole vueltas a la cabeza a la manera de llevar a la heroína de su novela “Contact” a través de distancias interestelares a velocidades mayores que las de la luz. Thorne le pasó el problema a sus estudiantes profesores Michael Morris y Uri Yertsever, quienes averiguaron de que tal viaje podría ser posible si un agujero negro pudiese ser mantenido abierto el suficiente tiempo para que una nave espacial (o cualquier otro objeto) pasase a través de el. MTY concluyeron que para mantener un agujero de gusano requeriría de materia con una densidad de energía negativa y una presión negativa mayor - mayor en magnitud que la densidad de la energía.
Tal materia hipotética es denominada materia exótica. Aunque la existencia de la materia exótica es especulativa, se conoce una manera de producir energía de densidad negativa: el efecto Casimir. Como fuente de su agujero de gusano, MTY se volvieron hacia el vacío cuántico. “El espacio vacío” en su más mínima escala. Resulta ser que no está vacío sino que hierve con violentas fluctuaciones en la mismísima geometría del espacio-tiempo. A este nivel de la naturaleza, se cree que ultra pequeños agujeros de gusano están continuamente apareciendo y desapareciendo. MTY sugirieron que una civilización lo suficientemente avanzada podría expandir uno de esos pequeños agujeros hasta un tamaño macroscópico añadiéndole energía. Entonces el agujero podría ser estabilizado utilizando el efecto Casimir colocándole dos esferas súper conductoras cargadas en las bocas del agujero. Finalmente, las bocas podrían ser transportadas a regiones bastamente separadas en el espacio para proporcionar una forma de comunicación y de viaje más rápido que la luz.
Por ejemplo, una boca colocada a bordo de una nave espacial podría ser llevada a una región a muchos años luz de distancia. Debido a que este viaje inicial sería a través del espacio tiempo normal, tendría que efectuarse a velocidades inferiores a la de la luz. Pero durante el viaje y después, el transporte y la comunicación instantáneas a través del agujero de gusano serían posibles. La nave podría ser avituallada de combustible y provisiones a través de la boca que llevaría. También, gracias a la relativista dilación-tiempo, el viaje no tendría porque por que ser de larga duración, aún medido desde observadores con base en la Tierra. Por ejemplo, si una nave rápida, llevando una boca de gusano fuese a viajar a Vega, a 25 años luz de distancia, a 99.995% de la velocidad de la luz (dado un factor de dilación-tiempo de 100), los relojes a bordo medirían el viaje como si sólo tomase tres meses. Pero el agujero de gusano alargándose desde la nave a la Tierra uniría directamente el espacio y el tiempo entre las dos bocas – una la de la nave y la otra dejada atrás en (o cerca) de la Tierra. Por lo tanto, medido también por los relojes terrestres, el viaje habría tomado sólo tres meses – tres meses para establecer un más o menos transporte instantáneo y enlaces de comunicación entre la Tierra y Vega.
Por supuesto que, el planteamiento del equipo MTY no está exento de sus dificultades, una de las cuales es que la potencia de las increíblemente necesarias fuerzas para mantener las bocas del agujero de gusano abiertas podrían destrozar a cualquiera o cualquier cosa que tratase de pasar a través de ellas. En un esfuerzo por diseñar un ambiente más benigno para los viajeros que utilizasen estos agujeros, Matt Visser de la Universidad de Washington en St Louis concibió un arreglo bajo el cual la región de espacio tiempo de una de las bocas de estos agujeros es plano (y por lo mismo libre de fuerzas) pero enmarcado por “puntales” de materia exótica que contiene una región de curvatura muy aguda (6). Visser visualiza un diseño cúbico, con conexiones de bocas de agujero espacio-plano en las esquinas cuadradas y cadenas cósmicas en las orillas. Cada cara del cubo puede conectarse para hacer cara con otro cubo de agujero de gusano, o bien las seis caras del cubo pueden conectar con seis diferentes caras de cubo en seis localizaciones separadas.
Visto todo esto, nuestra tecnología aún no está lista para llevar a cabo la tarea de construir un entramado de agujeros de gusano; la pregunta que surge es si realmente puede existir ya en estos momentos. Una posibilidad es que razas avanzadas en alguna otra parte de la Galaxia o más allá hayan establecido ya un emparrillado de agujeros de gusano que podríamos aprender a utilizar. Otra es que puedan ocurrir en forma natural. David Hochberg y Thomas Kephart de la Universidad Vandebilt han descubierto que, en los primeros instantes del Universo, la propia gravedad puede haber dado lugar a regiones de energía negativa en las cuales pueden haberse formado agujeros de gusano auto estabilizados. Dichos agujeros, creados durante el Big Bang, pueden estar por ahí hoy en día, distanciándose en pequeñas o grandes distancias en el espacio.
Referencias:
1. Flamm, L. Phys. Z., 17, 48 (1916).
2. Einstein, A., and Rosen, N. "The Particle Problem in the General Theory of Relativity", Physical Review, 48, 73 (1935)
3. Wheeler, J. A. "Geons," Physical Review, 97, 511-536 (1955).
4. Morris, M. S, Thorne, K. S., y Yurtsever, U. "Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition," Phys. Rev. Letters, 61, 1446-1449 (1988).
5. Morris, M. S., and Thorne, K. S. "Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity", Am. J. Phys., 56, No. 5, 395-412 (1988).
6. Visser, M. "Wormholes, baby universes, and causality", Phys. Rev. D, 41, No. 4, 1116-1124 (1990).
