En física, un agujero de gusano, también conocido como un puente de Einstein-Rosen, es una hipotética característica topológica del espacio-tiempo, descrita por las ecuaciones de la relatividad general, la cual es esencialmente un "atajo" a través del espacio y el tiempo. Un agujero de gusano tiene por lo menos dos extremos, conectados a una única "garganta", pudiendo la materia 'viajar' de un extremo a otro pasando a través de ésta.El primer científico en teorizar la existencia de agujeros de gusanos fue Ludwig Flamm en 1916.
En este sentido es una actualización de la decimonónica teoría de una cuarta dimensión espacial que suponía -por ejemplo- dado un cuerpo toroidal en el que se podían encontrar las tres dimensiones espaciales comúnmente perceptibles, una cuarta dimensión espacial que abreviara las distancias...y así los tiempos de viaje.
En la actualidad la Teoría de cuerdas admite la existencia de más de tres dimensiones espaciales, pero las otras dimensiones espaciales estarían contractadas o compactadas a escalas subatómicas (según la teoría de Kaluza-Klein) por lo que parece muy difícil (diríase "imposible") aprovechar tales dimensiones espaciales "extra" para viajes en el espacio y en el tiempo.
¿Por qué se le denomina de esa manera?
El término "agujero de gusano" fue introducido por el físico teórico norteamericano John Wheeler en 1957 y proviene de la siguiente analogía, usada para explicar el fenómeno: imagine que el universo es la cáscara de una manzana, y un gusano viaja sobre su superficie. La distancia desde un lado de la manzana hasta el otro es igual a la mitad de la circunferencia de la manzana si el gusano permanece sobre la superficie de ésta. Pero si en vez de esto, cavara un agujero directamente a través de la manzana la distancia que tendría que recorrer sería considerablemente menor, recordando la afirmación que dice "la distancia más cercana entre dos puntos es una línea recta".
Definición
Hay una región compacta de espaciotiempo cuyo límite es topológicamente trivial pero cuyo interior no está simplemente conectado. Formalizar esta idea conduce a definiciones como la siguiente, tomada del Lorentzian Wormholes de Matt Visser:
Si un espacio-tiempo de Lorentz contiene una región compacta Ω y si la topología de Ω es de la forma Ω ~ R x Σ, donde Σ es uno de las tres formas múltiples de topología poco trivial, cuyo límite tiene topología de la forma dΣ ~ S², y si además las hiper-superficies Σ son como espacios, entonces, la región Ω contiene un agujero de gusano intra-universal quasipermanente.
Caracterizar agujeros de gusano del inter-universo es más difícil. Por ejemplo, podemos imaginar un universo 'recién nacido' conectado a su 'universo progenitor' por un 'ombligo' estrecho. Cabría considerar el ombligo como la garganta de un agujero de gusano, por la cual el espacio-tiempo simplemente está conectado.
Tipos de agujeros de gusano
Los agujeros de gusano del intra-universo conectan una posición de un universo con otra posición del mismo universo (en el mismo tiempo actual o no). Un agujero de gusano debería poder conectar posiciones distantes en el universo por plegamientos espaciotemporales, permitiendo viajar entre ellas en menor tiempo del que tomaría hacer el viaje a través de espacio normal.
Los agujeros de gusano del inter-universo asocian un universo con otro diferente y son denominados agujeros de gusano de Schwarzschild. Esto nos permite especular si tales agujeros de gusano podrían usarse para viajar de un universo a otro paralelo. Otra aplicación de un agujero de gusano podría ser el viaje en el tiempo. En ese caso sería un atajo para desplazarse de un punto espaciotemporal a otro diferente. En la teoría de cuerdas un agujero de gusano es visualizado como la conexión entre dos D-branas, donde las bocas están asociadas a las branas y conectadas por un tubo de flujo. Se cree que los agujeros de gusano son una parte de la espuma cuántica o espaciotemporal.
Otra clasificación:
Los agujeros de gusano de Lorentz, son principalmente estudiados en relatividad general y en gravedad semiclásica.
Los agujeros de gusano atravesables son un tipo especial de agujero de gusano de Lorentz que permitiría a un humano viajar de un lado al otro del agujero.
De momento existen teóricamente diferentes tipos de agujeros de gusanos que son principalmente soluciones matemáticas a la cuestión:
El supuestamente formado por un agujero negro de Schwarzschild, este "agujero de gusano de Schwarzscild" producido por un agujero negro de Schwarzschild se considera infranqueable ;
El agujero de gusano supuestamente formado por un agujero negro de Reissner-Nordstrøm o Kerr-Newman, resultaría franqueable pero en una sola drección, pudiendo contener un "agujero de gusano de Schwarzschild" ;
El agujero de gusano de Lorentz posee masa negativa y se hipotetiza como franqueable en ambas direcciones (pasado/futuro).
Huecos temporales
Un agujero de gusano potencialmente permitiría un viaje en el tiempo. Esto podría conseguirse acelerando una extremidad del agujero de gusano en relación a la otra extremidad y de este modo haciéndola retroceder; la dilatación temporal prevista por la Teoría de la relatividad al producirse acleraciones resultaría en una disminución de tiempo pasado por la boca del agujero de gusano que fuese acelerada, respecto a aquella boca que hubiera quedado quieta. De este modo todo aquello que hubiera pasado por la boca estacionaria saldría por la boca acelerada en un tiempo precedente a aquel de su ingreso en el agujero.El curso a través de un agujero de gusano es llamado curva cerrada de tipo tiempo, y un agujero de gusano con tal caraterística es llamado también hueco temporal. Se considera que es practicamente imposible convertir a un agujero de gusano en una "máquina del tiempo" de este modo. Algunos modelos matemáticos indican que un circuito retroactivo de partículas virtuales circularían en el interior del agujero temporal con una intensidad creciente destruyéndolo antes que cualquier elemento material pudiera atravesarlo; Esto ha sido considerado a sugerencia de que la radiación se dispersaría luego de haber viajado a través del agujero de gusano, el debate sobre este tema está descrito por Kip S. Thorne en el libro Black Holes and Time Warps (Agujeros negros y deformaciones del tiempo)[1], y requeriría probablemente para su resolución de una teoría de la gravedad cuántica.
Agujeros de gusano y viajes en el tiempo
Un agujero de gusano podría permitir el viaje en el tiempo. Esto podría llevarse a cabo acelerando el extremo final de un agujero de gusano a una velocidad relativamente alta respecto de su otro extremo. La dilatación de tiempo relativista resultaría en una boca del agujero de gusano acelerada envejeciendo más lentamente que la boca estacionaria, visto por un observador externo, de forma parecida a lo que se observa en la paradoja de los gemelos. Sin embargo, el tiempo pasa diferente a través del agujero de gusano respecto del exterior, por lo que, los relojes sincronizados en cada boca permanecerán sincronizados para alguien viajando a través del agujero de gusano, sin importar cuanto se muevan las bocas. Esto quiere decir que cualquier cosa que entre por la boca acelerada del agujero de gusano saldría por la boca estacionaria en un punto temporal anterior al de su entrada. Por ejemplo, supongamos que dos relojes en ambas bocas muestran el año 2000 antes de acelerar una de las bocas y, tras acelerar una de las bocas hasta velocidades cercanas a la de la luz, juntamos ambas bocas cuando en la boca acelerada el reloj marca el año 2010 y en la boca estacionaria marca el año 2005. De esta forma, un viajero que entrara por la boca acelerada en este momento saldría por la boca estacionaria cuando su reloj también marcara el año 2005, en la misma región del espacio pero cinco años en el pasado. Tal configuración de agujeros de gusano permitiría a una partícula de la Línea de universo del espacio-tiempo formar un circuito espacio-temporal cerrado, conocido como curva cerrada de tipo tiempo.
Así mismo, también se cree que no podría lograrse convertir un agujero de gusano en una máquina del tiempo de esta manera, ya que algunos análisis usando aproximaciones semiclásicas que incorporan efectos cuánticos en la relatividad general señalan que una retroalimentación de partículas virtuales circularían a través del agujero de gusano con una intensidad en continuo aumento, destruyéndolo antes de que cualquier información pudiera atravesarlo, de acuerdo con lo que postula la conjetura de protección cronológica. Esto ha sido puesto en duda, sugiriendo que la radiación se dispersaría después de viajar a través del agujero de gusano, impidiendo así su acumulación infinita. Kip S. Thorne mantiene un debate al respecto en su libro Agujeros negros y tiempo curvo. También se ha descrito el denominado Anillo Romano, una configuración formada por más de un agujero de gusano. Este anillo parece permitir una línea de tiempo cerrado con agujeros de gusano estables cuando es analizado bajo el prisma de la gravedad semiclásica, pero sin una teoría completa de la gravedad cuántica aún no se puede saber si dicha aproximación semiclásica es aplicable en este caso.
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