Autores: José Javier Relancio Martínez y María Jesús Riaño Irazábal
Los dos niños jugaban en su propio módulo cuando el choque con un asteroide les ha separado del resto de la comunidad. Se hubieran preguntado cómo era posible. La humanidad se ha adaptado a la vida en naves tan grandes como esos planetas inhóspitos en los que les cuentan que vivían antes. Los sistemas de predicción de eventos son muy fiables. Esas cosas no pasan desde hace siglos. Pero son niños, y eso no se les ha ocurrido. Solo piensan en que están solos.
En realidad, no están solos. Cuentan con IA2, que sigue funcionando. Ella es la que les avisa de lo que ha pasado después del choque, cuando ellos recobran el equilibrio y consiguen acercarse a la ventana. Miran hacia el exterior viendo alejarse la nave donde van sus padres y todo su mundo. Están acostumbrados a su voz dulce, amigable, pero esta vez les habla seria, como nunca antes la habían escuchado.
—El impacto ha separado el módulo Nodriza de la nave Madre, pilotada por IAprogenitor, y ha desviado nuestras trayectorias. Vamos en direcciones opuestas y aunque consigamos arrancar los motores auxiliares y cambiar el rumbo no podremos alcanzarlos. Según mis cálculos, llegarán en pocos días al horizonte de sucesos, y a partir de ahí es imposible darles alcance.
—¿Horizonte de sucesos? —preguntan los niños asustados.
—Es una región que delimita lo que podemos ver de lo que no— responde IA2, mientras piensa como explicar ese concepto tan complicado a unos infantes–. Imaginad un globo desinflado en el que se pintan dos puntos, A y B, uno cerca del otro, como el de esta imagen.
>>Estos puntos representan las dos naves y el globo el universo en el que vivimos. Conforme el globo se infla, esos puntos se separan cada vez más y más. Si se infla lo suficientemente rápido, estos puntos nunca podrán comunicarse, ya que se necesita intercambiar radiación electromagnética, como las ondas de radio. Y aunque estas tienen una velocidad muy grande (300.000 kilómetros en un segundo, o más de un millón de kilómetros en una hora) es menor que la de expansión del universo. Podemos decir entonces que el horizonte de sucesos es la región a partir de la cual no se puede recibir información [1].
—¿Entonces es un agujero negro? —dice uno de los niños recordando un cuento que le contaba su abuelo y que a él siempre le dio mucho miedo.
—También hay horizonte de sucesos en agujeros negros, pero son diferentes. Ambos tienen en común que separan zonas que no pueden comunicarse con el exterior. Este otro horizonte es el que se llama horizonte cosmológico [2]. Se produce debido a que el universo se expande por algo que se llama energía oscura. Esta compone el 68% de todo lo que forma el universo.
>>Este horizonte depende del observador: el universo se ve prácticamente igual en todas partes, por lo que cada observador tiene su propio horizonte. Llegará un momento en el que nosotros no veamos a vuestros progenitores ni ellos a nosotros ni nada de lo que nos rodea.
>>En cambio, un agujero negro es una región del espacio-tiempo en la que existe una gran masa en su centro que impide que nada, ni siquiera la luz, pueda escapar. Los agujeros pueden ir creciendo, devorando la materia que se encuentra cerca, aumentando su masa, como el agujero negro que se encuentra en nuestra galaxia originaria, la Vía Láctea. Se puede ver mejor
en esta imagen. Mirad el plasma.
>>Las probabilidades de sobrevivir a un agujero negro son nulas, ya que la diferencia de la fuerza gravitatoria entre dos puntos muy cercanos al horizonte es tan grande que se sufre un estiramiento, conocido como espaguetificación [3]. Eso nos mataría. Además, no se sabe a ciencia cierta lo que ocurre cuando se llega a la singularidad [4]. Es un punto en el espacio-tiempo en el que la gravedad se vuelve infinita. Para entender mejor cómo funciona un agujero negro, podemos ver primero cómo funciona la gravedad. La relatividad general formulada por Einstein, que combina los principios de relatividad (que hace que la velocidad de la luz sea la misma para todo observador, independientemente de la velocidad a la que se mueva) y la gravitación, utiliza una interpretación geométrica del espacio-tiempo. Como la de esta imagen.
>>La masa de un cuerpo curva el espacio-tiempo, igual que se abombaría una manta sujetada por sus extremos en la que añadimos una pelota. Solo que para el caso de un agujero negro, la imagen es un poco distinta:
>>La masa sería tan tan grande y estaría concentrada en un punto tan tan pequeño, la singularidad, que acabaría por hacer un agujero, deformando la manta para siempre.
—Entonces, ¿cuándo la otra nave llegue al horizonte morirán?
—No, tranquilos. Ya os he dicho que los horizontes son distintos. Si ellos atraviesan nuestro horizonte de sucesos, no sentirán nada. Seguirán existiendo al otro lado.
—Ya, pero si no he entendido mal no solo no podremos alcanzarlos nunca, tampoco podremos comunicarnos con ellos —el mayor de los niños empieza a comprender el problema —¿verdad?
—Existe una posibilidad remota… Dejadme consultarlo con IAprogenitor.
La nave donde viajan sus padres ya no está al alcance de su vista, pero los niños no pueden dejar de mirar hacia el exterior. Un paisaje que es el único que conocen, y que ahora les resulta extraño, y sobre todo hostil. Ninguno de los dos es capaz de decir nada. Se agarran de la mano probablemente sin darse ni cuenta. Lo que pasa por su cabeza solo ellos lo saben, o quizás no. Una lágrima resbala por la mejilla del pequeño. De eso tampoco se dan cuenta.
—Hemos encontrado una forma de juntaros de nuevo con vuestros padres antes de que sea demasiado tarde. Vamos a crear un agujero de gusano que nos lleve hasta allí —la voz de IA2 les saca de su ensimismamiento.
A black hole circling a wormhole would emit weird gravitational waves
—¿Eso no iba a matarnos?
—No, no es lo mismo un agujero negro que uno de gusano.
—¿Cuál es la diferencia?
—Imaginad que dibujamos dos puntos en una manta. ¿Cuál es la distancia más corta entre dos puntos?
Los niños se miran con extrañeza ante la pregunta de IA2 y el mayor responde sin mucho convencimiento:
—Supongo que yendo recto de uno a otro, en vez de dar un rodeo.
—No, en realidad la distancia más corta entre dos puntos puede ser cero, aunque estén separados.
—¿Cómo puede ser eso?
—Doblando la manta.
—¡Eso es trampa! —dice el pequeño.
—No, es ciencia. Eso es precisamente lo que hace un agujero de gusano: une dos puntos curvando el espacio-tiempo.
—¿Y cómo vais a hacer eso?
—Los agujeros de gusano se propusieron por primera vez en el siglo XX. Aunque eran matemáticamente viables, no había forma de crearlos en laboratorio ni de hacer que fueran estables.
>>A comienzos del siglo XXI, se propuso que los agujeros de gusano aparecen cuando dos partículas están entrelazadas cuánticamente [5]. Imaginad dos canicas mágicas que, aunque las alejes mucho, siguen conectadas por un hilo invisible que nadie puede ver ni tocar. A través de él sus propiedades cuánticas se unen en un solo estado compartido, de modo que ya no tienen cada una su propio comportamiento, sino uno común. Así, si observas que una canica gira de una determinada forma, en ese mismo instante sabes cómo gira la otra. Ese hilo invisible sería el agujero de gusano.
>>Es importante tener en cuenta que los agujeros de gusano se cierran cuando la materia lo atraviesa debido a las fuerzas gravitatorias. Entonces, hay que utilizar materia como la que produce la expansión del universo, algo que produzca gravedad repulsiva [6], la llamada materia exótica. De hecho, la materia oscura cumple esas condiciones. Esa materia puede encontrarse en los bordes de la galaxia [7].
—¿En los bordes de la Galaxia? ¿De qué galaxia? ¿Cómo vamos a hacernos con ella?
—En realidad no hace falta. La relatividad general de Einstein es solo aplicable a pequeña escala, como el sistema solar. Para estructuras mayores, como la galaxia entera, se desarrolló una teoría llamada teoría de gravedad con infinitas derivadas [8]. En ella se muestra que no es necesaria esa materia oscura para crear agujeros de gusanos atravesables [9]. Podemos…
—Yo no entiendo nada de lo que dices, pero, ¿a qué estamos esperando? —dice el niño mayor a punto de perder los nervios.
—IAprogenitor lo está consultando con vuestros padres y las autoridades de la nave Madre, el asunto no está exento de riesgos, aunque no es imposible. En cuanto tengamos su visto bueno empezamos.
—¿A doblar el espacio-tiempo como si fuera una manta?
—Eso mismo.
Referencias
- General Relativity. Robert M. Wald. University of Chicago Press, 1984. 10.7208/chicago/9780226870373.001.0001
- Les Houches Lectures on De Sitter Space. Marcus Spradlin, Andrew Strominger, Anastasia Volovich. Cornell University, 2001. https://doi.org/10.48550/arXiv.hep-th/0110007
- Introducing Einstein’s Relativity: A Deeper Understanding (2nd edn). Ray d’Inverno, James Vickers. Oxford Academy, 2022. https://doi.org/10.1093/oso/9780198862024.001.0001
- Hoyos negros y sus misteriosos interiores (Black holes and their mysterious interiors). José M M Senovilla. Cornell University, 2021. https://arxiv.org/abs/2102.10112
- Cool horizons for entangled black holes. J. Maldacena, L. Susskind. Wiley Online Library, 2013. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/prop.201300020
- Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity. Michael S. Morris; Kip S. Thorne. American Journal of Physics, 1988. https://doi.org/10.1119/1.15620
- Wormhole formations in the galactic halos supported by dark matter models and global monopole charge within f(Q) gravity. Moreshwar Tayde & P. K. Sahoo. Springer Nature Link, 2024. https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-024-05572-7
- Nonlocal quantum gravity: A review. Leonardo Modesto and Lesław Rachwał. World Scientific, 2017. https://doi.org/10.1142/S0218271817300208
- Non-local gravity wormholes. Salvatore Capozziello, Nisha Godani. Science Direct, 2022. https://doi.org/10.1016/j.physletb.2022.137572
Artículo finalista del VIII Concurso de Artículos de Divulgación Científica de la Universidad de Burgos.
