Agujeros de gusano y viajes en el tiempo

 El tiempo es equivalente a una línea de tren recta, pero ¿qué sucedería si la línea de tren tuviera bucles y ramificaciones a través de las que volviera a una estación por la que ya ha pasado?... ¿sería posible que alguien pudiera viajar al futuro o al pasado?

El primer indicio de que las leyes de la física podrían permitir realmente los viajes en el tiempo se produjo en 1949 cuando Kurt Gödel descubrió un nuevo espacio-tiempo permitido por la teoría de la relatividad. Al igual que el principio de incertidumbre, el teorema de incompletitud de Gödel puede ser una limitación fundamental en nuestra capacidad de entender y predecir el universo, pero al menos hasta ahora no parece haber sido un obstáculo en nuestra búsqueda de una teoría unificada completa. Construyó un espacio tiempo que poseía la curiosa propiedad que el universo completo estaba rotando.

Esta propiedad preocupó a Einstein, que creía que la relatividad general que halló no permitiría los viajes en el tiempo. La solución que encontró Gödel no corresponde al universo en el que vivimos, porque podemos demostrar que el universo no gira. También posee un valor no nulo de la constante cosmológica que Einstein introdujo cuando creía que el universo permanecía invariable. Una vez que Hubble descubrió la expansión del universo, no había necesidad de una constante cosmológica, y la creencia generalizada ahora es que su valor es cero.

Se han encontrado nuevos y más razonables espacios-tiempos compatibles con la relatividad general que permiten viajar al pasado. Otro es un espacio-tiempo que contiene dos cuerdas cósmicas en movimiento que se cruzan a alta velocidad. Las cuerdas cósmicas pueden parecer pura ciencia ficción, pero hay razones para creer que se podrían haber formado en los primeros instantes del universo como resultado de una rotura de simetría. La solución de Gödel y el espacio-tiempo de las cuerdas cósmicas comienzan tan distorsionados que el viaje al pasado es siempre posible.

De acuerdo con la relatividad, nada puede viajar más rápido que la luz. La teoría de la relatividad nos permite un consuelo, la denominada paradoja de los gemelos.

La teoría de la relatividad nos dice que las leyes de la ficha han de ser las mismas para observadores que se mueven a velocidades diferentes. Esto ha sido adecuadamente comprobado por experimentos y es probable que siga siendo válido, incluso si se encuentra una teoría más avanzada que reemplace a la relatividad.

Además, dice que la potencia de un cohete es necesaria para acelerar cada vez más conforme nos acercamos a la velocidad de la luz. Tenemos evidencias experimentales de ello, no con naves espaciales, pero si con partículas elementales en los aceleradores de partículas como el del Fermilab o el del CERN. Podemos acelerar partículas hasta un 99,99 por 100 de la velocidad de la luz, pero, por mucha más potencia que les suministramos, no podemos hacer que vayan más allá de la barrera de la velocidad de la luz. Podría ocurrir que fuéramos capaces de doblar el espacio-tiempo de tal manera que hubiera un atajo entre A y B. Una forma de hacerlo sería creando un agujero de gusano entre A y B. Como sugiere su nombre, un agujero de gusano es un tubo estrecho de espacio-tiempo que conecta dos regiones distantes casi planas. No tiene porqué existir ninguna relación entre la distancia a través del agujero de gusano y la separación de sus extremos a lo largo del espacio-tiempo casi piano. Así, podría imaginarse crear o encontrar un agujero de gusano que llevará de las cercanías del sistema solar a Alfa Centauri.

Entonces, un observador que viaja hacia la Tierra también debería ser capaz de encontrar otro agujero de gusano que le permitiera viajar de ida y de regreso antes de que sucedan los eventos A y B. Así, los agujeros de gusano, al igual que cualquier otra forma de viajar más rápidamente que la luz, nos permitirían viajar al pasado. La idea de los agujeros de gusano entre regiones diferentes del espacio-tiempo no fue un invento de los escritores de ciencia ficción, sino que provino de fuentes muy respetables.

En 1935 Einstein y Nathan Rosen escribieron un artículo en el que mostraban que la relatividad general permite lo que ellos denominaron «puentes», pero que ahora se conocen como agujeros de gusano. Sin embargo, se ha sugerido como factible que una civilización avanzada pudiera mantener abierto un agujero de gusano. Para ello, o para doblar el espacio-tiempo de tal forma que permitiera los viajes en el tiempo, se puede demostrar que se necesita una región del espacio tiempo con curvatura negativa, similar a la superficie de una silla de montar. La materia ordinaria, que posee una densidad de energía positiva, le produce al espacio-tiempo una curvatura positiva, como la de la superficie de una esfera.

Por lo tanto, para poder doblar el espacio-tiempo de tal manera que nos permita viajar al pasado, necesitamos materia con una densidad de energía negativa. En otras palabras, la teoría cuántica permite que la densidad de energía sea negativa en algunos lugares, con tal que esto sea compensado con energía positiva en otros, de forma que la energía total siempre sea positiva. Un ejemplo de cómo puede permitir densidades de energía negativas nos lo proporciona el denominado efecto Casimir: incluso lo que creemos que es un espacio «vacío» esta lleno de pares de partículas y antipartículas virtuales que aparecen juntas, se separan, y vuelven a juntarse aniquilando entre sí.

Las placas actuarán como espejos para los fotones o partículas de luz virtuales. Así, tenemos una evidencia experimental de que las partículas virtuales existen y producen efectos reales. El hecho de que haya menos pares entre las placas significa que la densidad de energía es menor que el resto del espacio, pero la densidad de energía total en el espacio lejos de las placas debe ser cero, de lo contrario, la densidad de energía curvaría el espacio, que no sería entonces casi plano.

Si la densidad de energía entre las placas ha de ser menor que la densidad de energía lejos de ellas, tiene que ser negativa. Tenemos evidencia experimental tanto que el espacio-tiempo puede ser curvado como que puede ser curvado de la manera necesaria para que los viajes en el tiempo estén permitidos .

La idea es que cuando los viajeros del tiempo vuelven al pasado, ellos introducen historias alternativas que difieren de la historia registrada. La hipótesis de las historias alternativas se parece al modo de Richard Feynman de expresar la teoría cuántica como una suma de historias; nos dice que el universo no es una única historia, sino que contiene todas las historias posibles, cada una de ellas con su propia probabilidad. Sin embargo, parece existir una diferencia importante entre la propuesta de Feynman y la de las historias alternativas.

En la suma de Feynman, cada historia es un espacio-tiempo completo con todo incluido en él. El espacio-tiempo puede estar tan curvado que sea posible viajar con un cohete al pasado, pero el cohete formaría parte del mismo espacio-tiempo y, por tanto, de la misma historia, que tendría que ser consistente. La proposición de Feynman de suma de historias parece apoyar la hipótesis de las historias consistentes más que la de las alternativas.

La suma de historias de Feynman permite viajar al pasado a una escala microscópica. Esto significa que una antipartícula que gira en el sentido contrario al de las agujas del reloj y va de A a B puede ser vista también como una partícula ordinaria que gira en el sentido de las agujas del reloj y que va hacia atrás en el tiempo de B a A. De forma similar, una partícula ordinaria que se mueve hacia adelante en el tiempo es equivalente a una antipartícula que se mueve hacia atrás en el tiempo. El espacio «vacío» está lleno de pares de partículas y antipartículas virtuales que se crean juntas, se separan y se vuelven a juntar, aniquilándose. Puede imaginarse el par de partículas como una única partícula que se mueve en un bucle cerrado en el espacio-tiempo.

Cuando se mueve hacia adelante en el tiempo se denomina partícula, pero cuando la partícula viaja hacia atrás en el tiempo, se dice que se trata de una antipartícula que viaja hacia adelante en el tiempo. La explicación de como los agujeros negros pueden emitir partículas y radiación fue que un componente de un par partícula/antipartícula virtual puede caer en el agujero negro, dejando al otro componente sin una pareja con la que aniquilarse. La partícula abandonada puede caer igualmente en el agujero, pero también puede escaparse del entorno del agujero negro.

Si esto ocurre, a un observador distante le parecerá que una partícula es emitida por el agujero negro. Se puede considerar al componente del par virtual que cae al agujero negro como una partícula que viaja hacia atrás en el tiempo y sale del agujero. Cuando llega al punto en el que el par partícula/antipartícula virtual se junta, es dispersado por el campo gravitatorio como una partícula que viaja hacia adelante en el tiempo y escapa del agujero negro. Si por el contrario fuera la partícula componente del par virtual la que cayera en el agujero, podría considerarse como una antipartícula que viaja hacia atrás en el tiempo y sale del agujero.

La radiación de los agujeros negros muestra que la teoría cuántica permite viajar hacia atrás en el tiempo a escala microscópica y que dichos viajes temporales pueden producir efectos observables. La suma de historias de Feynman se supone que es de todas las historias. Por ello debería incluir historias en las que el espacio-tiempo esta tan curvado que es posible viajar al pasado. La razón para creer que la protección cronológica funciona es que cuando el espacio-tiempo está lo suficientemente curvado como para hacer posibles los viajes al pasado, las partículas virtuales que se mueven en bucles o lazos cerrados en el espacio-tiempo pueden llegar a convertirse en partículas reales que viajan hacia adelante en el tiempo a una velocidad igual o menor que la de la luz.

Como dichas partículas pueden correr el bucle un número cualquiera de veces, pasarán por cada punto del camino muchas veces. Su energía será contabilizada una y otra vez, de forma que la densidad de energía se hará muy grande. Esto podría producir una curvatura positiva en el espacio-tiempo, lo que permitiría los viajes al pasado. Aún no esta claro si estas partículas producirían una curvatura positiva o negativa, o si la curvatura producida por algunas clases de partículas virtuales se podría cancelar con la debida a otras clases.

¿Quieres saber más sobre esto? Te recomendamos que leas Breve historia del tiempo del Dr. Stephen Hawking.