Agujero de gusano

Un túnel por el espacio: cómo podría mantenerse abierto y qué aspecto tendría

Una hipótesis: la física lo permite sobre el papel, pero nadie lo ha visto nunca. Todo sigue la teoría tal como es hoy.

Paso a paso

Un atajo por el espacio

Un agujero de gusano sería un túnel por el espacio que une dos lugares lejanos. La relatividad general permite la forma, pero nadie ha visto uno jamás. Desde fuera parecería una bola con otro cielo dentro.

Las ecuaciones de gravedad de Einstein no lo prohíben. En 1935 Einstein y Rosen hallaron un «puente» que une dos regiones del espacio, y en 1957 Misner y Wheeler llamaron agujeros de gusano a esos túneles, por el atajo que abre un gusano en una manzana entre dos puntos de su piel.

Este es el tipo más simple por el que se podría pasar, hallado por Homer Ellis y Kirill Bronnikov en 1973. Tiene forma pero no tirón: nada dentro de él te arrastra ni te estira. Su parte más estrecha, la garganta, es una esfera, y a ambos lados el espacio se abre plano.

Cada rayo de luz de esta imagen se sigue a través de la geometría del agujero de gusano, como dice la relatividad general. El agujero de gusano en sí es teoría: nada de lo que se ve en el cielo apunta a que exista uno.

Dos bocas, una garganta

El dibujo de la esquina es un truco habitual. Para mostrar cómo se curva el espacio, se quita una dirección y lo que queda se dibuja como una superficie curva, en la que cada punto representa un círculo de espacio. La superficie de este agujero de gusano es una catenoide, la forma que toma una película de jabón entre dos aros: más estrecha en el medio y abriéndose hacia el espacio plano a ambos lados.

El punto dorado eres tú. La dirección extra es solo una ayuda para dibujar; nada en la teoría exige que el espacio se curve hacia ella. Un solo número fija el tamaño del agujero de gusano, el radio de su garganta, y de él depende el aspecto de todo lo demás. Kip Thorne y Christopher Nolan eligieron 1 km para el de Interstellar.

Lejos de la garganta, el túnel casi no tiene efecto: allí una esfera tiene casi el área que tiene en el espacio plano. Por eso, desde lejos, cada extremo parece espacio corriente con un agujero redondo.

Qué lo mantiene abierto

Si se lo deja solo, un túnel así se cerraría antes de que nada pudiera cruzarlo. Morris y Thorne mostraron en 1988 que solo materia de energía negativa podría mantenerlo abierto. Está dibujada en violeta.

La materia ordinaria hace que la gravedad atraiga. Para mantener abierta una garganta, la gravedad tiene que empujar hacia fuera, y eso exige materia de energía menor que cero, llamada materia exótica. Tendría que llenar el espacio alrededor de la garganta, más densa en el centro y más tenue con la distancia.

Los primeros túneles hallados, los puentes de Einstein y Rosen, son en realidad agujeros negros vistos desde ambos lados, y se estrangulan más rápido de lo que la luz puede cruzarlos, como mostraron Fuller y Wheeler en 1962. Morris y Thorne dieron la vuelta al problema en 1988: elegir el túnel que se quiere y averiguar qué tendría que llenarlo.

La pregunta vino de una novela. Carl Sagan, al escribir Contact, le pidió a Thorne una forma de que su protagonista cruzara la galaxia sin romper la física, y Thorne y su estudiante Mike Morris respondieron con agujeros de gusano. El resplandor violeta está dibujado: nadie sabe cómo se dispondría esa materia.

Energía negativa

En 1948 Hendrik Casimir predijo que dos placas metálicas sin carga, muy juntas en el vacío, se empujarían una hacia la otra por cómo cambian las fluctuaciones cuánticas del vacío. Entre ellas la densidad de energía es menor que cero. Lamoreaux midió el empuje en 1997, y Mohideen y Roy en 1998 con una precisión del uno por ciento.

Es real, pero diminuta. Con una separación de un micrómetro la densidad es de unos −4 × 10⁻⁴ julios por metro cúbico. Un agujero de gusano de 1 km de radio necesitaría unos −5 × 10³⁶ en su garganta, y en total aproximadamente una masa solar de energía negativa: más o menos la masa de un Júpiter por cada metro de radio de garganta.

La teoría cuántica también limita cuánta energía negativa se puede reunir y durante cuánto tiempo, como mostraron Ford y Roman en los años noventa. Si la naturaleza permite disponer así la materia es algo que se desconoce, y podría prohibirlo sin más.

Hacer crecer una garganta

Wheeler propuso que a los tamaños más pequeños, cerca de la longitud de Planck de 1,6 × 10⁻³⁵ m, el espacio no es liso sino que forma espuma, con burbujas y asas que se abren y se cierran sin cesar. Algunas de esas asas serían agujeros de gusano, demasiado pequeños para importar y desaparecidos en un instante.

Morris y Thorne, y después Matt Visser, se preguntaron si una civilización muy superior a la nuestra podría atrapar uno e inflarlo. Ningún proceso conocido lo hace. Una idea más reciente, llamada ER=EPR (Maldacena y Susskind, 2013), dice que dos partículas entrelazadas están unidas por un diminuto agujero de gusano; es una conjetura, no un resultado.

En 2022 el ordenador cuántico de Google ejecutó un modelo del comportamiento de un agujero de gusano (Jafferis y otros, en Nature): una señal introducida por un extremo salió por el otro, como dice la teoría. Pero fue una simulación con unos pocos cúbits de un juguete simplificado de gravedad cuántica. No se perforó ningún espacio.

La receta, en orden

1. Atrapar un agujero de gusano diminuto. A la longitud de Planck, 1,6 × 10⁻³⁵ metros, el espacio podría formar espuma con asas diminutas, como supuso Wheeler en 1955, o las partículas entrelazadas podrían estar unidas por agujeros de gusano (ER=EPR, 2013). Nada muestra que alguno sea algo que se pueda agarrar.

3. Llenarlo de materia exótica. La garganta necesita cerca de la masa de un Sol en energía negativa, casi toda alrededor de la garganta: unas 10⁴⁰ veces la densidad del efecto Casimir, en una disposición que ninguna materia conocida adopta.

4. Mantenerlo estable. Shinkai y Hayward mostraron en 2002 que una garganta perturbada se colapsa en un agujero negro o revienta, así que necesitaría control activo. Cada paso es un requisito de las matemáticas, no una máquina.

Qué aspecto tendría

Desde fuera sería una bola de cielo de otro lugar. No tiene masa que atraiga, pero su forma curva la luz: las estrellas que quedan detrás se separan, y en su borde el cielo lejano se comprime en finos anillos brillantes.

La luz toma los caminos más cortos por el espacio curvo. Un rayo dirigido al centro de la garganta la atraviesa en línea recta; uno que apenas roza el borde se curva a su alrededor, y algunos dan vueltas y vueltas antes de salir. Esta imagen sigue cada rayo como dice la relatividad general. El equipo de Interstellar hizo lo mismo (James y otros, 2015).

La energía negativa del agujero de gusano actuaría como una lente que aparta la luz. En 1995 Cramer y sus colegas sugirieron que uno que pasara delante de una estrella lejana la haría brillar con un patrón que ninguna masa corriente produce. Las búsquedas no han encontrado nada.

El otro cielo está dibujado: ese extremo podría abrirse en cualquier parte. Aquí es otra galaxia, para poder distinguir los dos cielos.

Volando a través

Apunta al centro y pasas de largo. Delante, la bola del otro cielo se abre hasta estar por todas partes. En la garganta, la mitad del cielo a tu alrededor es cada lugar. Nada tira de ti.

En este agujero de gusano nada te arrastra: no tiene gravedad que valga la pena, ni las mareas que te estirarían cerca de un agujero negro. Solo notas el cielo cambiar. La garganta es donde la vista se parte: la mitad es el lugar que dejaste, la otra mitad el lugar al que vas.

Mira el borde de la bola al acercarte. La luz que roza la garganta le da varias vueltas antes de llegar a ti, así que los mismos astros se repiten en anillos cada vez más finos, uno dentro de otro. El vuelo aquí está acelerado.

A la velocidad de un avión de línea, unos 250 metros por segundo, recorrerías el último kilómetro antes de la garganta en cuatro segundos. El paso se siente más como un cambio de escena que como una caída.

El otro lado

Al salir por el extremo lejano, date la vuelta: el lugar de donde vienes es ahora una bola de cielo a tu espalda. Un agujero de gusano tiene dos bocas, y cada una se ve igual desde su lado.

La boca lejana es igual de redonda e igual de pequeña. Vista desde ella, la boca que dejaste es una bola con un trozo de nuestro cielo, curvado del mismo modo. Nada te dice qué extremo es cuál.

Dónde está la boca lejana es asunto del propio agujero de gusano. Podría estar en la puerta de al lado, al otro lado de la galaxia o, como algunos han imaginado, en otro universo: las ecuaciones no lo dicen. Ahí está la gracia de la idea. La distancia por el túnel no tiene nada que ver con la distancia por fuera, así que un túnel corto podría unir lugares a años luz.

¿Una máquina del tiempo?

Lleva una boca en un viaje rápido de ida y vuelta y su reloj se atrasa respecto al de la otra; atraviésalo y sales antes. Morris, Thorne y Yurtsever lo mostraron en 1988. Hawking sostuvo en 1992 que la naturaleza lo impide.

El tiempo pasa más despacio para algo que se mueve cerca de la velocidad de la luz. Lleva una boca en un viaje rápido de ida y vuelta y devuélvela junto a la otra, y sus relojes ya no coinciden por el tiempo que ahorró el viaje. Las bocas están en tiempos distintos pero en el mismo lugar.

Entra por la boca más tardía y sales por la más temprana: un camino hacia atrás en el tiempo, y un bucle en el que podrías encontrarte contigo mismo. Es una curva cerrada de tipo tiempo, lo que necesitan las historias de viajes en el tiempo. Morris, Thorne y Yurtsever señalaron en 1988 que un agujero de gusano, una vez hecho, podría convertirse en una.

Stephen Hawking propuso en 1992 su conjetura de protección de la cronología: las fluctuaciones cuánticas del vacío se acumularían justo cuando la máquina fuera posible, crecerían sin límite y destruirían antes el agujero de gusano. Los cálculos hasta ahora coinciden, pero nadie tiene una prueba completa.

¿Alguien ha visto uno?

No. Se han buscado agujeros de gusano en la luz de las estrellas, en las ondas gravitacionales y cerca del agujero negro de nuestra galaxia, y todas las búsquedas han vuelto vacías. Sigue siendo una idea que la relatividad general permite, no algo que sepamos que existe.

Las búsquedas de lentes no han hallado ninguna estrella que brille como debería hacerlo un agujero de gusano. Cuando dos agujeros negros se fusionan, un agujero de gusano en su lugar enviaría ecos de ondas gravitacionales; las búsquedas en los datos de LIGO, Virgo y KAGRA no han hallado ninguna señal convincente.

Las imágenes de los agujeros negros de M87 y de nuestra propia galaxia, hechas por el Event Horizon Telescope, concuerdan con agujeros negros. Aún no pueden descartar todas las alternativas, pero nada en ellas necesita un agujero de gusano.

Así que un agujero de gusano sigue donde empezó, en las ecuaciones. Lo que nos ha enseñado es real de todos modos: cómo se puede dar forma al espacio y cuánto de lo posible frena la necesidad de energía negativa.