28 de noviembre del 2014

¿Se puede viajar en el tiempo y espacio en un agujero de gusano?

A propósito de la película Interstellar, el doctor en física y egresado de la PUCP, Mauricio Bustamante, nos explica qué es exactamente un agujero negro, la diferencia con un agujero de gusano y si es posible utilizarlos para viajar en el tiempo y espacio.

Agujeros negros

Los agujeros negros son una parte del espacio donde nada, absolutamente nada, puede escapar de la atracción gravitacional, por eso se dice que se “traga” todo, incluso la luz. El físico explica que esta es una de las predicciones más famosas que se desprenden de la teoría general de la relatividad formulada por Einstein en 1916. Hasta 1972 se encontró la primera evidencia sobre su posible existencia: su ubicación puede estar en la constelación del Cisne, bautizada como Cygnus X-1, con una masa quince veces la del Sol. “Estos agujeros son detectados indirectamente, los gases y restos de estrellas se acumulan y giran alrededor de ellos y se calientan, la temperatura es tan alta que emiten rayos X, los cuales detectamos por sensores en la Tierra y a bordo de satélites, esta evidencia nos dice que no son solo curiosidades matemáticas, sino reales”, menciona Bustamante.

El doctor Bustamante menciona que existen de dos tipos de estos agujeros, el primero es llamado de escala estelar porque son resultado de la explosión de una estrella más grande que nuestro Sol. “Esta explosión se conoce como supernova y es uno de los eventos más luminosos del Universo. El colapso gravitacional hacia su centro no podrá ser detenido por ningún proceso físico y se convertirá en un agujero negro”, explica. El físico agrega que estos agujeros son relativamente pequeños, ya que uno con masa de diez veces el Sol tendría un diámetro de solo 30 km. Actualmente se conoce un par de decenas de posibles agujeros negros, de los cuales el más cercano está a unos 3 mil años luz de la Tierra.

El otro tipo sería un agujero negro supermasivo, con masas que serían miles de millones la masa del Sol. “Incluso dentro de nuestra Vía Láctea parece existir uno, esto a partir del movimiento de las estrellas ubicadas en la región central de la galaxia, pero su origen todavía es debatido, tal vez crecieron por la acumulación de la materia circundante o por la fusión con otros agujeros negros”, explica el físico.

Con respecto a si estos agujeros se pueden crear, como se representa en algunas películas, el especialista nos menciona que algunas de las propiedades de los agujeros negros han sido creados en el laboratorio, no mediante la acumulación de masa en regiones pequeñas, sino por medio de láseres que pueden simular, por ejemplo, el comportamiento de un ‘horizonte de eventos’.

Agujeros de gusano y el viaje en el espacio

Por otro lado, tenemos los agujeros de gusano, conocidos también como “puentes Einstein-Rosen” y serían un atajo entre dos puntos en el espacio. La idea es que el viaje entre los dos extremos del agujero, a través de su garganta, tomaría menos tiempo. El especialista menciona que si se viera desde el exterior, uno de los extremos tendría que ser un agujero negro, sin embargo, lo importante en este tema es que todavía se encuentra en el campo teórico, ya que no se ha comprobado su existencia de manera experimental, como sí sucede con los agujeros negros. “Por ahora, estos agujeros están confinados al reino de las predicciones teóricas y han servido de ingredientes para la ciencia ficción como en Star Trek, Stargate, etc”.

El especialista explica cómo es que estos agujeros funcionarían: “supongamos que queremos viajar desde Lima hasta el punto sobre la Tierra ubicado diametralmente opuesto a Lima, que resulta ser la provincia de Pursat en Camboya. Si nos movemos sobre la superficie de la Tierra, la distancia Lima–Camboya es de alrededor de 19 800 km. Un vuelo (con dos paradas) tomaría 34 horas y si se pudiera hacer sin escalas tomaría 22 horas. Ahora, imaginemos que existe un túnel subterráneo entre Lima y Pursat, que cruza todo el diámetro de la Tierra, el túnel tendría una longitud de unos 12 700 km. Si pudiéramos desplazarnos por él a la misma velocidad que en nuestro hipotético avión llegaríamos a Pursat en poco más de catorce horas: ocho horas antes que si nos desplazáramos sobre el globo terráqueo en nuestro avión”. Sin embargo, el físico menciona que aunque los agujeros de gusano todavía son un estudio teórico, tampoco se ha encontrado evidencia que contradiga su existencia, por lo que siguen siendo una posibilidad y es válido estudiarlos.

Dilatación del tiempo

Einstein presentó su Teoría de la Relatividad en 1905 y explicó cómo es que cambian los intervalos de tiempo cuando las velocidades se acercan a la luz. El físico Bustamante explica esto con un ejemplo: “Imaginemos una regla de 30 cm; haremos que esta regla se mueva a distintas velocidades. Imaginemos también dos observadores: uno que permanece quieto en su laboratorio y otro que se mueve junto con la regla, a la misma velocidad que ella. Ahora hagamos que la regla viaje a 10% de la velocidad de la luz. El observador en movimiento con la regla seguirá reportando que su longitud es de 30 cm, pero el observador que permaneció en su lugar, reportará que mide 29.9 cm. Si alcanzamos el 90% de la velocidad de la luz, reportará que la regla mide 13 cm. Para el observador que se mueve con la regla, sin embargo, seguirá midiendo 30 cm. Este fenómeno, conocido como contracción de la longitud, es una de las predicciones de la teoría especial de la relatividad”.

Relacionado a esta contracción de longitud, está el fenómeno de dilatación del tiempo y el especialista explica que las diferencias tan solo son visibles cuando las velocidades son muy altas, “el tiempo pasa más lento para un objeto en movimiento que para uno en reposo. Si nuestros dos observadores llevan relojes iguales y sincronizados, además, el que está en movimiento llega a 90% de la velocidad de la luz, cuando haya transcurrido una hora en su reloj, para el observador que está en su laboratorio habrá pasado 2 horas con 17 minutos, esta dilatación de tiempo es otra predicción de la relatividad”. Por estas razones, es que en las películas se utiliza la figura de que mientras para el viajero espacial ha pasado poco tiempo, para la Tierra ha pasado décadas.

El doctor Bustamante agrega que esta dilatación del tiempo no solo sucede cuando las velocidades son altas, sino que también cuando el campo gravitacional es intenso, como sucede cerca de los agujeros negros y como se puede ver en la película “Interstellar”, por eso los viajes en el espacio y en el tiempo se encuentran en el campo teórico, por ahora.

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Facultad de Ciencias e Ingeniería

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