Los agujeros de gusano juegan un papel clave en muchas películas de ciencia ficción, a menudo como un atajo entre dos puntos distantes en el espacio. En física, sin embargo, estos túneles en el espacio-tiempo siguen siendo puramente hipotéticos. Un equipo internacional dirigido por el Dr. José Luis Blázquez-Salcedo de la Universidad de Oldenburg presentó ahora un nuevo modelo teórico en la revista científica Physical Review Letters que hace que los agujeros de gusano microscópicos parezcan menos descabellados que en teorías anteriores.
Los agujeros de gusano, como los agujeros negros, aparecen en las ecuaciones de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, publicada en 1916. Un postulado importante de la teoría de Einstein es que el Universo tiene cuatro dimensiones: tres dimensiones espaciales y el tiempo como cuarta dimensión. Juntos forman lo que se conoce como espacio-tiempo, y el espacio-tiempo puede ser estirado y curvado por objetos masivos como las estrellas, de la misma manera que una lámina de goma sería curvada por una bola de metal que se hundiera en ella.
La curvatura del espacio-tiempo determina la forma en que objetos como naves espaciales y planetas, pero también la luz, se mueven dentro de él. “En teoría, el espacio-tiempo también podría doblarse y curvarse sin objetos masivos”, dice Blázquez-Salcedo, quien desde entonces se ha transferido a la Universidad Complutense de Madrid en España.
En este escenario, un agujero de gusano sería una región extremadamente curva en el espacio-tiempo que se asemeja a dos embudos interconectados y conecta dos puntos distantes en el espacio, como un túnel. “Desde una perspectiva matemática, tal atajo sería posible, pero nadie ha observado nunca un agujero de gusano real”, explica el físico.
Además, tal agujero de gusano sería inestable. Si, por ejemplo, una nave espacial volara hacia una, colapsaría instantáneamente en un agujero negro, un objeto en el que la materia desaparece y nunca se volverá a ver. La conexión que proporcionaba con otros lugares del Universo se cortaría. Los modelos anteriores sugieren que la única forma de mantener abierto el agujero de gusano es con una forma exótica de materia que tiene una masa negativa, o en otras palabras, pesa menos que nada, y que solo existe en teoría. Sin embargo, Blázquez-Salcedo y sus colegas, el Dr. Christian Knoll de la Universidad de Oldenburg y Eugen Radu de la Universidade de Aveiro en Portugal, demuestran en su modelo que los agujeros de gusano también se pueden atravesar sin tal materia.
Los investigadores eligieron un enfoque “semiclásico” comparativamente simple. Combinaron elementos de la teoría de la relatividad con elementos de la teoría cuántica y la teoría de la electrodinámica clásica. En su modelo, consideran ciertas partículas elementales como los electrones y su carga eléctrica como la materia que debe pasar por el agujero de gusano. Como descripción matemática, eligieron la ecuación de Dirac, una fórmula que describe la función de densidad de probabilidad de una partícula de acuerdo con la teoría cuántica y la relatividad como un llamado campo de Dirac.
Como informan los físicos en su estudio, es la inclusión del campo de Dirac en su modelo lo que permite la existencia de un agujero de gusano atravesable por la materia, siempre que la relación entre la carga eléctrica y la masa del agujero de gusano supere un cierto límite. Además de la materia, las señales, por ejemplo las ondas electromagnéticas, también podrían atravesar los diminutos túneles del espacio-tiempo.
Los agujeros de gusano microscópicos postulados por el equipo probablemente no serían adecuados para viajes interestelares. Además, el modelo tendría que perfeccionarse aún más para averiguar si esas estructuras inusuales realmente podrían existir. “Pensamos que los agujeros de gusano también pueden existir en un modelo completo”, dijo Blázquez-Salcedo.
