Relatividad especial. Ha sido la ruina de los exploradores espaciales, futuristas y autores de ciencia ficción desde que Albert Einstein lo propuso por primera vez en 1905. Para aquellos de nosotros que soñamos con que los humanos algún día se conviertan en una especie interestelar, este hecho científico es como una manta húmeda. Afortunadamente, hay algunos conceptos teóricos que se han propuesto que indican que el viaje más rápido que la luz (FTL) podría ser posible algún día.
Un ejemplo popular es la idea de un agujero de gusano: una estructura especulativa que une dos puntos distantes en el espacio-tiempo que permitirían el viaje espacial interestelar. Recientemente, un equipo de científicos de la Ivy League realizó un estudio que indicó cómo los "agujeros de gusano transitables" en realidad podrían ser una realidad. La mala noticia es que sus resultados indican que estos agujeros de gusano no son exactamente atajos, ¡y podrían ser el equivalente cósmico de "tomar el camino largo"!
Originalmente, la teoría de los agujeros de gusano se propuso como una posible solución a las ecuaciones de campo de la Teoría de la relatividad general (GR) de Einstein. Poco después de que Einstein publicara la teoría en 1915, los físicos alemanes Karl Schwarzschild encontraron una posible solución que no solo predijo la existencia de agujeros negros, sino de corredores que los conectaban.
Desafortunadamente, Schwarzschild descubrió que cualquier agujero de gusano que conectara dos agujeros negros colapsaría demasiado rápido para que cualquier cosa cruzara de un extremo al otro. La única forma en que podrían ser transitables sería si estuvieran estabilizados por la existencia de materia exótica con densidad de energía negativa. Daniel Jafferis, el profesor asociado de física Thomas D. Cabot en la Universidad de Harvard, tenía una opinión diferente.
Cuando describió su análisis durante la reunión de abril de 2019 de la American Physical Society en Denver, Colorado:
“La perspectiva de configuraciones de agujeros de gusano transitables ha sido durante mucho tiempo una fuente de fascinación. Describiré los primeros ejemplos que son consistentes en una teoría de gravedad completable por UV, que no involucra materia exótica. La configuración implica una conexión directa entre los dos extremos del agujero de gusano. También discutiré sus implicaciones para la información cuántica en la gravedad, la paradoja de la información del agujero negro y su relación con la teletransportación cuántica ”.
A los fines de este estudio, Jafferis examinó el trabajo realizado por Einstein y Nathan Rosen en 1935. Buscando ampliar el trabajo de Schwarszchild y otros científicos que buscan soluciones para GR, propusieron la posible existencia de "puentes" entre dos puntos distantes en espacio-tiempo (conocidos como "puentes de Einstein-Rosen" o "agujeros de gusano") que teóricamente podrían permitir que la materia y los objetos pasen entre ellos.
Para 2013, esta teoría fue utilizada por los físicos teóricos Leonard Susskind y Juan Maldacena como una posible resolución para GR y "enredo cuántico". Conocida como la conjetura ER = EPR, esta teoría sugiere que los agujeros de gusano son la razón por la cual un estado de partículas elementales puede enredarse con el de un compañero, incluso si están separados por miles de millones de años luz.
Fue a partir de aquí que Jafferis desarrolló su teoría, postulando que los agujeros de gusano podrían ser atravesados por partículas de luz (también conocidos como fotones). Para probar esto, Jafferis realizó un análisis con la ayuda de Ping Gao y Aron Wall (un estudiante graduado de Harvard y un investigador científico de la Universidad de Stanford, respectivamente).
Lo que encontraron fue que, si bien es teóricamente posible que la luz de abeto atraviese un agujero de gusano, no son exactamente el atajo cósmico que todos esperábamos que fueran. Como explicó Jafferis en un comunicado de prensa de la AIP, "lleva más tiempo atravesar estos agujeros de gusano que ir directamente, por lo que no son muy útiles para los viajes espaciales".
Básicamente, los resultados de su análisis mostraron que una conexión directa entre agujeros negros es más corta que la de una conexión de agujero de gusano. Si bien esto ciertamente suena como una mala noticia para las personas que están entusiasmadas con la perspectiva de un viaje interestelar (e intergaláctico) algún día, la buena noticia es que esta teoría proporciona una nueva visión del reino de la mecánica cuántica.
"La verdadera importancia de este trabajo está en su relación con el problema de información del agujero negro y las conexiones entre la gravedad y la mecánica cuántica", dijo Jafferis. El "problema" al que se refiere se conoce como la Paradoja de la Información del Agujero Negro, algo con lo que los astrofísicos han estado luchando desde 1975, cuando Stephen Hawking descubrió que los agujeros negros tienen temperatura y fugas de radiación lentamente (también conocido como radiación de Hawking).
Esta paradoja se relaciona con la forma en que los agujeros negros pueden preservar cualquier información que les pase. Aunque cualquier materia acumulada en su superficie se comprimiría hasta el punto de singularidad, el estado cuántico de la materia en el momento de su compresión se conservaría gracias a la dilatación del tiempo (se congela en el tiempo).
Pero si los agujeros negros pierden masa en forma de radiación y eventualmente se evaporan, esta información eventualmente se perderá. Al desarrollar una teoría a través de la cual la luz puede viajar a través de un agujero negro, este estudio podría representar un medio para resolver esta paradoja. En lugar de la radiación de los agujeros negros que representan una pérdida de masa de energía, podría ser que la Radiación Hawking en realidad provenga de otra región del espacio-tiempo.
También puede ayudar a los científicos que intentan desarrollar una teoría que unifique la gravedad con la mecánica cuántica (también conocida como gravedad cuántica, o una "Teoría de todo"). Esto se debe al hecho de que Jafferis usó herramientas de teoría de campo cuántico para postular la existencia de agujeros negros transitables, eliminando así la necesidad de partículas exóticas y masa negativa (que parecen inconsistentes con la gravedad cuántica). Como Jafferis explicó:
“Da una sonda causal de regiones que de otra forma hubieran estado detrás de un horizonte, una ventana a la experiencia de un observador dentro de un espacio-tiempo, que es accesible desde el exterior. Creo que nos enseñará cosas profundas sobre la correspondencia calibre / gravedad, la gravedad cuántica e incluso quizás una nueva forma de formular la mecánica cuántica ".
Como siempre, los avances en física teórica pueden ser una espada de dos filos, que se da con una mano y se lleva con la otra. Entonces, si bien este estudio puede haber arrojado más agua fría al sueño de viajar FTL, podría muy bien ayudarnos a descubrir algunos de los misterios más profundos del Universo. ¿Quién sabe? ¡Quizás parte de ese conocimiento nos permitirá encontrar una forma de sortear este obstáculo conocido como Relatividad Especial!
