jueves, 17 de mayo de 2012

¿Existirán los agujeros de gusano?

  DIALOGO CON CLAUDIO SIMONE, DOCTOR EN FISICA, INVESTIGADOR DEL CONICET



 A diferencia de los agujeros negros, pozos profundos del universo, los agujeros de gusano parecen criaturas de ficción que necesitan para existir enormes cantidades de materia con propiedades completamente exóticas.

–Usted trabaja con gravitación, ¿no?
–Sí. Antes que nada, tengo que decirle que hay muchos grupos que se dedican a este tema, aunque cada grupo aborda temas específicos desde perspectivas diferentes. Hay gente que hace gravitación en el IAFE, gente que hace otros aspectos de la gravitación en el departamento de Física. Nosotros somos un grupo con intereses afines, con diferentes líneas de investigación.
–A ver, cuénteme entonces qué es lo que específicamente hace usted. –Yo lo que hago es estudiar lo que se conoce como agujeros de gusano (worm holes), que generalmente se confunden con los agujeros negros, aunque en realidad no tienen tanto que ver.
–¿Qué es un agujero de gusano? –Básicamente, un túnel que conecta dos regiones del espacio-tiempo. ¿Cómo hacemos para poner esto en palabras? A ver, supongamos que el espacio-tiempo, en ausencia de materia, fuera una sábana.
–Pero no es... –Pero en ausencia de materia, más o menos sí. Sería una superficie plana. Si yo pongo una estrella ahí, va a hacer una especie de pozo. Ese pozo tiene fondo; si yo tiro algo, se queda ahí. Con un agujero negro pasa eso también: si uno tira algo en un agujero negro, se queda ahí, no puede salir. El agujero de gusano es completamente distinto, porque en este caso uno tira algo, se va por un tubo y sale por otro lado. Es un cambio en la topología del espacio-tiempo.
–¿Y qué es lo que forma al agujero de gusano? Porque al agujero negro sabemos qué lo forma: es una densidad de materia tal, con una gravedad tal... –Que las cosas que entran no pueden salir. Intuitivamente, una buena analogía es pensarlo como un pozo tan empinado que uno no lo puede remontar desde adentro. Uno no puede vencer la atracción gravitatoria (pensada en términos newtonianos); pensada en términos einsteinianos, no es atracción. En el agujero negro hay un horizonte de eventos: uno pasa el horizonte de eventos y lo que pasó ya no puede salir más. En el agujero de gusano no hay en general un horizonte de eventos. Lo que ocurre con las cosas que entran es que salen en otra región del espacio-tiempo, como si hubiera un tubo. Básicamente, es un cambio en la topología del espacio-tiempo.
–¿Y se produce por qué? –Esa es una diferencia esencial con el agujero negro. El agujero negro puede ser producido por materia normal, de muy alta densidad, después de su colapso gravitatorio. Pero, insisto, es materia normal. En el agujero de gusano, no. Para que exista (y ésta es la principal objeción contra su existencia real) tendría que haber materia con propiedades extrañas, materia que antigravita, materia con masa negativa. Es materia que produce una suerte de repulsión, de modo tal que se produce un agujero: hay una región del espacio que desaparece. Yo no puedo llegar hasta el centro del agujero de gusano. A ver: supongamos que tengo dos objetos que van cayendo, o tengo dos rayos de luz. En el agujero de gusano, llega un punto en que las cosas que se están acercando se empiezan a separar, de manera que hay un radio mínimo que yo puedo alcanzar a partir del cual las cosas que venían entrando empiezan a salir. Pero no salen en el mismo lugar que entraron, salen en otra parte. Como si yo en la tela de la que hablábamos hubiese hecho un agujero y lo hubiese conectado con otro agujero a través de un túnel.
–Un túnel que va a otra dimensión... –A ver: si yo pienso en que el espacio-tiempo tiene estas dos dimensiones, para imaginar el agujero de gusano necesito tener una dimensión más.
–¿Cuatro dimensiones en el caso del espacio? –Claro. Para poder representar un agujero de gusano, necesitaría poder representar una cuarta dimensión. Lo que se hace de todos modos, en general, son representaciones esquemáticas en las que el espacio-tiempo tiene dos dimensiones y se le agrega una tercera.
–¿Y esa región del espacio-tiempo? Porque hay toda una mitología que supone que esa región del espacio tiempo podría ser anterior. –Hay un par de trabajos de fines de la década del ’80 que muestran que si existieran los agujeros de gusano, uno podría tener curvas temporales cerradas, en el sentido de que uno podría entrar y salir por el otro lado del tubo antes de cuando entró. ¿De qué manera se hace esto? No es tan fácil de lograr, no se hace automáticamente. Pero veamos. Si uno tiene uno de estos tubos, y pone cerca de la salida una estrella muy masiva, el tiempo allí va a pasar más lentamente (como explica la relatividad). Uno podría poner una estrella muy masiva cerca de la salida, de modo tal que entre en un momento y salga en un momento anterior a cuando entró. Eso, por supuesto, tiene unos problemas de causalidad gravísimos. Por ejemplo, yo podría matar a mi papá de modo tal que sería imposible mi propia existencia. Esas son objeciones filosóficas importantes: si existieran los agujeros de gusano, sería todo un problema. Pero yo no me ocupo tanto de eso. Digo: no pensemos qué pasaría si existieran, sino pensemos si pueden existir en base a otras nociones más básicas (que sean inestables, que necesiten materia demasiado extraña para existir).
–Esa materia tiene propiedades muy extrañas. Fuerza repulsiva es una imagen muy newtoniana. –Sí. Estoy usando terminología más cercana a Newton, pero porque me resulta más cómodo; la manera correcta sería decir que curva las geodésicas de una manera extraña.
–¿Y qué materia sería ésa? –No se sabe. Lo que sí se sabe es que a escala microscópica existe materia con energía negativa. Por ejemplo, en el famoso efecto Casimir. Eso explica cosas a una escala microscópica, pero de una manera que no es directamente transportable a lo que me interesa a mí. Porque en el fondo esa materia con energía negativa del efecto Casimir es una recta de dos infinitos. Restamos dos infinitos, nos da negativo, y decimos que la energía es negativa. Pero restamos dos infinitos.
–Cosa que matemáticamente está mal. –Claro. Hay toda una discusión sobre lo que quiere decir esa energía negativa del efecto Casimir.
–Aclaremos que el efecto Casimir es aquel por el cual se atraen dos placas en el vacío. Pero se atraen en realidad porque tienen que tener un cierto número de longitudes de onda... –Claro, al poner las condiciones de control, reduzco el número de longitudes de onda posible; paso de continuo a discreto y tengo menos energía de la que tendría sin las placas. Y cuanto más cerca las pongo, menos energía tengo. El efecto Casimir es algo muy discutido.
–Esa materia rara, ¿cree que existe? –Hay evidencia a escala microscópica de que hay energía negativa, que antigravitaría.
–No puedo entender qué es la energía negativa. –Yo tampoco. Desde el punto de vista gravitatorio, uno podría verlo como algo que, si se pone en las ecuaciones de Einstein, da como resultado que los objetos en lugar de juntarse se separan. Es básicamente eso.
–¿En escala microscópica? –Sí. Son experimentos hechos con placas muy pequeñas en distancias de diez a la menos algo milímetros. Esta materia tiene la misma ecuación de estado que la energía oscura.
–Otra superstición teórica. –Bueno, sí. Yo debo decir que mi trabajo es más el de un refutador que el de un constructor.
–¿Y qué es lo que está refutando? –Bueno, para que existan los agujeros de gusano o bien se necesita materia exótica en cantidades demasiado grandes o bien hay que apartarse de la teoría de la relatividad general de manera muy acusada.
–¿Eso qué querría decir? –Deberían aceptarse teorías en las que haya más dimensiones en el espacio-tiempo. Por ejemplo, si uno piensa en cinco dimensiones en lugar de cuatro, podría haber agujeros de gusano con materia normal. El efecto de repulsión sería un efecto de la propia teoría:
la teoría contempla que en ciertas distancias la gravitación tiene efectos repulsivos en lugar que atractivos.
–Pero no es la misma gravitación que uno conoce... –Claro que no.