Agujero de gusano. HSW.
En la teoría especial de la relatividad (1905), Einstein enunció que el intervalo de tiempo medido por un reloj depende de su estado de movimiento. Los relojes de dos sistemas de referencia que se muevan de manera diferente registrarán lapsos de tiempo distintos entre los mismos acontecimientos. Este efecto es conocido como “dilatación” del tiempo.
La dilatación del tiempo se hace realmente notable cuando el movimiento relativo de los sistemas de referencia en los que viajan los relojes implica velocidades cercanas a la velocidad de la luz (300.000 km/seg), de ahí que en la vida corriente no la percibamos directamente. A la velocidad de un avión, por ejemplo, la dilatación del tiempo se sitúa en el orden del “nanosegundo” (la milmillonésima fracción de un segundo), una cantidad muy pequeña para nosotros que, no obstante, ha llegado a ser registrada por relojes atómicos extremadamente precisos, confirmando así el enunciado de Einstein.
Si la velocidad proporciona una manera de distorsionar el tiempo, la gravedad es otra. En la teoría general de la relatividad (1916) Einstein predijo que la gravedad retarda igualmente el tiempo. En la superficie de una estrella de neutrones la gravedad adquiere tal intensidad que el tiempo se retrasa allí un 30 por ciento con respecto al tiempo medido en la Tierra. Un agujero negro representa la máxima distorsión posible del tiempo: en su superficie el tiempo, literalmente, se detiene.
La máquina del tiempo de Ronald Mallett
Diversos fenómenos físicos se han propuesto como métodos para viajar en el tiempo, pero ninguno de ellos (agujeros negros, agujeros de gusano o cuerdas cósmicas) parece fácilmente realizable, pues para llegar a distorsionar lo suficiente el espacio-tiempo requieren una cantidad de masa gravitatoria increíblemente grande. Como alternativa a estos métodos, Ronald Mallett, de la Universidad de Connecticut, basa su propuesta de máquina del tiempo en la famosa ecuación de Einstein, E=mc2, que establece la equivalencia entre masa y energía. Para curvar el tiempo, su dispositivo utiliza, en lugar de objetos masivos, energía luminosa, en la forma de haces de rayos láser.
Tal como ha explicado a PhysOrg, Mallett ha diseñado un experimento para determinar la existencia de lazos temporales en el que, por medio de una disposición de espejos e instrumentos ópticos, se produce un haz de luz circulante, cuya energía debería curvar el espacio a su alrededor.
De acuerdo con la teoría de la relatividad, la curvatura del espacio afecta igualmente al tiempo, de manera que éste se dilataría en las inmediaciones del haz de luz ofreciendo la posibilidad de observar ahí partículas inestables que contienen una especie de reloj interno: se desintegran en un “tiempo medio” de vida extremadamente breve, que se vería dilatado por efecto de la curvatura del espacio-tiempo, algo que no se observaría en regiones más alejadas del haz. La dilatación de su tiempo medio de vida significa que la partícula ha avanzado hacia el futuro a través de un lazo temporal.
Este efecto recuerda al que se estudia en los grandes aceleradores que impulsan las partículas subatómicas a velocidades cercanas a la de la luz. En concordancia con la relatividad especial de Einstein se observa experimentalmente que el tiempo medio de vida de las partículas inestables que se mueven rápidamente en los aceleradores se estira y su reloj interno transcurre más despacio, de manera que su tiempo medio de vida aumenta, favoreciendo así su detección.
El viaje humano en el tiempo
Cuándo los humanos seremos capaces de viajar en el tiempo depende en gran medida, dice Mallett, del éxito de estos experimentos con partículas, de la existencia de financiación para los mismos y del progreso de la tecnología. Confía en que el ser humano podrá viajar en el tiempo quizá antes de un siglo, ya que la posibilidad de viajar en el tiempo usando este método podría ser verificada en una década.
Mallett publicó su primera investigación sobre el viaje en el tiempo en el año 2000, y desde los años 70 ha investigado sobre gravedad cuántica, cosmología relativista y teorías “gauge” (la clase de teorías que permiten la unificación de interacciones físicas de diferente tipo, como la electricidad, el magnetismo o las interacciones nucleares débil y fuerte).
Como viajero del tiempo usted podría escoger, llegado el momento, entre viajar al futuro o al pasado. Viajar al futuro no entraña complicaciones teóricas, como hemos visto. Para quien hiciese un viaje de ida y vuelta a una velocidad cercana a la de la luz o atravesando un campo gravitatorio muy intenso, habría transcurrido menos tiempo que para quienes quedaron en el punto de partida. A su regreso a casa, el viajero encontraría todo lo que dejó y a su hermano gemelo mucho más envejecidos que él. El viaje hacia el pasado, por el contrario, plantea dificultades teóricas difíciles de afrontar, aunque la física no impide expresamente este segundo tipo de viaje: la teoría de la relatividad lo permite en ciertas configuraciones particulares del espacio-tiempo.
Otras lanzaderas temporales: agujeros de gusano
La propuesta de Ronald Mallett se añade a otras investigaciones sobre la posibilidad de viajar en el tiempo. A mediados de los años 80 el físico norteamericano Kip Thorne formuló un modelo para una máquina del tiempo, basado en el concepto de “agujero de gusano”, que encaja de manera natural en la teoría general de la relatividad, donde la gravedad no sólo distorsiona el tiempo, sino también el espacio. Lo mismo que un túnel que atraviesa una montaña ofrece un camino más corto que el que rodea la ladera, un agujero de gusano sería un camino menor entre dos puntos que la ruta que los une en el espacio ordinario. Los agujeros de gusano ofrecerían así un atajo entre puntos separados del espacio.
Posteriormente, el físico australiano Paul Davies explicó las dificultades tecnológicas asociadas a la fabricación de una de tales máquinas del tiempo. Una de las mayores es la creación del propio agujero de gusano. Para que el agujero se pudiese atravesar, debería contener “materia exótica”, es decir, materia generadora de antigravedad para combatir la tendencia natural de los cuerpos a colapsar sobre sí mismos. Thorne ha analizado soluciones de agujero de gusano consistentes con la física conocida, en las que el túnel se mantiene abierto mediante antigravedad cuántica, aunque no está claro que se pueda juntar tanta materia antigravitatoria como para estabilizar un agujero de gusano.
Podría suceder, no obstante, que el Universo contuviese ya estructuras de este tipo de manera natural, tal vez como reliquias del Big-Bang. O bien, podrían aparecer agujeros de gusano a escalas minúsculas, a la llamada “longitud de Planck”, unos 20 órdenes de magnitud menor que el núcleo atómico. En principio, cabría estabilizar un agujero de gusano tan diminuto mediante un impulso de energía, para después agrandarlo hasta una dimensión que permitiera su uso como máquina del tiempo.
Vacío y cuerdas cósmicas
El físico israelí Amos Ori asegura haber resuelto una de las mayores dificultades de las propuestas anteriores, al plantear un modelo que no necesita materia exótica, sino que utiliza el vacío existente en el espacio para viajar a través del tiempo. La ventaja principal del modelo de Ori es que sólo requiere materia normal frente a los modelos que demandan materia exótica y una ingeniería extraordinaria para recrear en el laboratorio las energías de los agujeros negros.
Un tipo de máquina del tiempo completamente diferente ha sido propuesto por Richard Gott, de la Univesidad de Princeton, haciendo uso de objetos conocidos como “cuerdas cósmicas”, estructuras que reflejan el entrelazamiento de los diversos campos cuánticos inmediatamente después del Big-Bang, y que debido a su dificultad para desenrollarse permanecerían todavía hoy como reliquias de la gran explosión. Aunque la búsqueda astronómica de estos objetos se ha mostrado hasta el momento poco concluyente, en sus análisis teóricos Gott ha mostrado que si dos cuerdas cósmicas paralelas infinitamente largas se alejasen a gran velocidad el espacio-tiempo se distorsionaría lo suficiente como para permitir líneas de universo que se curvasen en lazos hacia el pasado.
Paradojas
Si algún día se resuelven los problemas de ingeniería implicados en su construcción, la fabricación de una máquina del tiempo arrojará numerosas paradojas. La más famosa es la denominada “paradoja de la abuela”. Imaginemos que alguien viajase a su pasado y matase a su abuela. Como consecuencia, ese viajero nunca habría llegado a nacer. ¿Cómo, entonces, pudo viajar al pasado para perpetrar el homicidio?
La paradoja surge porque el estado actual del mundo está determinado por sus estados anteriores, de manera que cambiar uno de estos estados propaga incontroladamente efectos hacia el estado actual. El viajero del tiempo debería conformarse únicamente con formar parte del pasado, sin intentar cambiarlo. Si viaja al pasado y salva a una niña de ser asesinada, y esa niña llega a ser su abuela, el lazo causal es consistente y no paradójico, pues en este caso las acciones del viajero estarían ya incorporadas en la sucesión de acontecimientos que conduce del pasado al presente. La congruencia causal impone así restricciones a lo que el viajero del tiempo pueda hacer, pero no excluye la posibilidad misma del viaje.
La paradoja de la abuela es sólo una muestra de un conjunto de problemas asociados a la posibilidad del viaje en el tiempo, no sólo hacia el pasado. Imaginemos que un viajero se adelantase hacia el futuro y conociese los detalles del descubrimiento de la vacuna para una enfermedad actualmente incurable. Regresa después a su propio tiempo y comunica esos detalles a los investigadores, que finalmente logran desarrollar la misma vacuna que el viajero halló en su viaje hacia el futuro. La cuestión que se plantea aquí es: ¿de dónde provino la información para el descubrimiento de la vacuna? No del viajero del tiempo, que simplemente la encontró en su viaje, ni de los investigadores a quienes se la comunicó. La información, al parecer, no provino de ninguna parte…
Protección de la cronología
Tan profundos son los problemas físicos y filosóficos del viaje en el tiempo que Stephen Hawking, de la Universidad de Cambridge, ha propuesto una “hipótesis de protección de la cronología”, según la cual la naturaleza encontrará siempre un modo de impedir los lazos causales no consistentes.
Puesto que tales lazos no contradicen la propia teoría de la relatividad, la protección de la cronología necesitará alguna otra teoría que los impida, quizá la teoría cuántica. La resolución de esta cuestión tal vez deba esperar a que los físicos construyan una teoría unificada que incluya la relatividad general y la teoría cuántica.
La protección de la cronología es, por ahora, tan sólo una conjetura; por tanto, el viaje en el tiempo continúa siendo físicamente posible.
Mario Toboso es Doctor en Ciencias Físicas por la Universidad de Salamanca y miembro de la Cátedra Ciencia, Tecnología y Religión de la Universidad Pontificia Comillas. Editor del Blog Tempus de Tendencias21 y miembro del Consejo Editorial de nuestra revista.
La dilatación del tiempo se hace realmente notable cuando el movimiento relativo de los sistemas de referencia en los que viajan los relojes implica velocidades cercanas a la velocidad de la luz (300.000 km/seg), de ahí que en la vida corriente no la percibamos directamente. A la velocidad de un avión, por ejemplo, la dilatación del tiempo se sitúa en el orden del “nanosegundo” (la milmillonésima fracción de un segundo), una cantidad muy pequeña para nosotros que, no obstante, ha llegado a ser registrada por relojes atómicos extremadamente precisos, confirmando así el enunciado de Einstein.
Si la velocidad proporciona una manera de distorsionar el tiempo, la gravedad es otra. En la teoría general de la relatividad (1916) Einstein predijo que la gravedad retarda igualmente el tiempo. En la superficie de una estrella de neutrones la gravedad adquiere tal intensidad que el tiempo se retrasa allí un 30 por ciento con respecto al tiempo medido en la Tierra. Un agujero negro representa la máxima distorsión posible del tiempo: en su superficie el tiempo, literalmente, se detiene.
La máquina del tiempo de Ronald Mallett
Diversos fenómenos físicos se han propuesto como métodos para viajar en el tiempo, pero ninguno de ellos (agujeros negros, agujeros de gusano o cuerdas cósmicas) parece fácilmente realizable, pues para llegar a distorsionar lo suficiente el espacio-tiempo requieren una cantidad de masa gravitatoria increíblemente grande. Como alternativa a estos métodos, Ronald Mallett, de la Universidad de Connecticut, basa su propuesta de máquina del tiempo en la famosa ecuación de Einstein, E=mc2, que establece la equivalencia entre masa y energía. Para curvar el tiempo, su dispositivo utiliza, en lugar de objetos masivos, energía luminosa, en la forma de haces de rayos láser.
Tal como ha explicado a PhysOrg, Mallett ha diseñado un experimento para determinar la existencia de lazos temporales en el que, por medio de una disposición de espejos e instrumentos ópticos, se produce un haz de luz circulante, cuya energía debería curvar el espacio a su alrededor.
De acuerdo con la teoría de la relatividad, la curvatura del espacio afecta igualmente al tiempo, de manera que éste se dilataría en las inmediaciones del haz de luz ofreciendo la posibilidad de observar ahí partículas inestables que contienen una especie de reloj interno: se desintegran en un “tiempo medio” de vida extremadamente breve, que se vería dilatado por efecto de la curvatura del espacio-tiempo, algo que no se observaría en regiones más alejadas del haz. La dilatación de su tiempo medio de vida significa que la partícula ha avanzado hacia el futuro a través de un lazo temporal.
Este efecto recuerda al que se estudia en los grandes aceleradores que impulsan las partículas subatómicas a velocidades cercanas a la de la luz. En concordancia con la relatividad especial de Einstein se observa experimentalmente que el tiempo medio de vida de las partículas inestables que se mueven rápidamente en los aceleradores se estira y su reloj interno transcurre más despacio, de manera que su tiempo medio de vida aumenta, favoreciendo así su detección.
El viaje humano en el tiempo
Cuándo los humanos seremos capaces de viajar en el tiempo depende en gran medida, dice Mallett, del éxito de estos experimentos con partículas, de la existencia de financiación para los mismos y del progreso de la tecnología. Confía en que el ser humano podrá viajar en el tiempo quizá antes de un siglo, ya que la posibilidad de viajar en el tiempo usando este método podría ser verificada en una década.
Mallett publicó su primera investigación sobre el viaje en el tiempo en el año 2000, y desde los años 70 ha investigado sobre gravedad cuántica, cosmología relativista y teorías “gauge” (la clase de teorías que permiten la unificación de interacciones físicas de diferente tipo, como la electricidad, el magnetismo o las interacciones nucleares débil y fuerte).
Como viajero del tiempo usted podría escoger, llegado el momento, entre viajar al futuro o al pasado. Viajar al futuro no entraña complicaciones teóricas, como hemos visto. Para quien hiciese un viaje de ida y vuelta a una velocidad cercana a la de la luz o atravesando un campo gravitatorio muy intenso, habría transcurrido menos tiempo que para quienes quedaron en el punto de partida. A su regreso a casa, el viajero encontraría todo lo que dejó y a su hermano gemelo mucho más envejecidos que él. El viaje hacia el pasado, por el contrario, plantea dificultades teóricas difíciles de afrontar, aunque la física no impide expresamente este segundo tipo de viaje: la teoría de la relatividad lo permite en ciertas configuraciones particulares del espacio-tiempo.
Otras lanzaderas temporales: agujeros de gusano
La propuesta de Ronald Mallett se añade a otras investigaciones sobre la posibilidad de viajar en el tiempo. A mediados de los años 80 el físico norteamericano Kip Thorne formuló un modelo para una máquina del tiempo, basado en el concepto de “agujero de gusano”, que encaja de manera natural en la teoría general de la relatividad, donde la gravedad no sólo distorsiona el tiempo, sino también el espacio. Lo mismo que un túnel que atraviesa una montaña ofrece un camino más corto que el que rodea la ladera, un agujero de gusano sería un camino menor entre dos puntos que la ruta que los une en el espacio ordinario. Los agujeros de gusano ofrecerían así un atajo entre puntos separados del espacio.
Posteriormente, el físico australiano Paul Davies explicó las dificultades tecnológicas asociadas a la fabricación de una de tales máquinas del tiempo. Una de las mayores es la creación del propio agujero de gusano. Para que el agujero se pudiese atravesar, debería contener “materia exótica”, es decir, materia generadora de antigravedad para combatir la tendencia natural de los cuerpos a colapsar sobre sí mismos. Thorne ha analizado soluciones de agujero de gusano consistentes con la física conocida, en las que el túnel se mantiene abierto mediante antigravedad cuántica, aunque no está claro que se pueda juntar tanta materia antigravitatoria como para estabilizar un agujero de gusano.
Podría suceder, no obstante, que el Universo contuviese ya estructuras de este tipo de manera natural, tal vez como reliquias del Big-Bang. O bien, podrían aparecer agujeros de gusano a escalas minúsculas, a la llamada “longitud de Planck”, unos 20 órdenes de magnitud menor que el núcleo atómico. En principio, cabría estabilizar un agujero de gusano tan diminuto mediante un impulso de energía, para después agrandarlo hasta una dimensión que permitiera su uso como máquina del tiempo.
Vacío y cuerdas cósmicas
El físico israelí Amos Ori asegura haber resuelto una de las mayores dificultades de las propuestas anteriores, al plantear un modelo que no necesita materia exótica, sino que utiliza el vacío existente en el espacio para viajar a través del tiempo. La ventaja principal del modelo de Ori es que sólo requiere materia normal frente a los modelos que demandan materia exótica y una ingeniería extraordinaria para recrear en el laboratorio las energías de los agujeros negros.
Un tipo de máquina del tiempo completamente diferente ha sido propuesto por Richard Gott, de la Univesidad de Princeton, haciendo uso de objetos conocidos como “cuerdas cósmicas”, estructuras que reflejan el entrelazamiento de los diversos campos cuánticos inmediatamente después del Big-Bang, y que debido a su dificultad para desenrollarse permanecerían todavía hoy como reliquias de la gran explosión. Aunque la búsqueda astronómica de estos objetos se ha mostrado hasta el momento poco concluyente, en sus análisis teóricos Gott ha mostrado que si dos cuerdas cósmicas paralelas infinitamente largas se alejasen a gran velocidad el espacio-tiempo se distorsionaría lo suficiente como para permitir líneas de universo que se curvasen en lazos hacia el pasado.
Paradojas
Si algún día se resuelven los problemas de ingeniería implicados en su construcción, la fabricación de una máquina del tiempo arrojará numerosas paradojas. La más famosa es la denominada “paradoja de la abuela”. Imaginemos que alguien viajase a su pasado y matase a su abuela. Como consecuencia, ese viajero nunca habría llegado a nacer. ¿Cómo, entonces, pudo viajar al pasado para perpetrar el homicidio?
La paradoja surge porque el estado actual del mundo está determinado por sus estados anteriores, de manera que cambiar uno de estos estados propaga incontroladamente efectos hacia el estado actual. El viajero del tiempo debería conformarse únicamente con formar parte del pasado, sin intentar cambiarlo. Si viaja al pasado y salva a una niña de ser asesinada, y esa niña llega a ser su abuela, el lazo causal es consistente y no paradójico, pues en este caso las acciones del viajero estarían ya incorporadas en la sucesión de acontecimientos que conduce del pasado al presente. La congruencia causal impone así restricciones a lo que el viajero del tiempo pueda hacer, pero no excluye la posibilidad misma del viaje.
La paradoja de la abuela es sólo una muestra de un conjunto de problemas asociados a la posibilidad del viaje en el tiempo, no sólo hacia el pasado. Imaginemos que un viajero se adelantase hacia el futuro y conociese los detalles del descubrimiento de la vacuna para una enfermedad actualmente incurable. Regresa después a su propio tiempo y comunica esos detalles a los investigadores, que finalmente logran desarrollar la misma vacuna que el viajero halló en su viaje hacia el futuro. La cuestión que se plantea aquí es: ¿de dónde provino la información para el descubrimiento de la vacuna? No del viajero del tiempo, que simplemente la encontró en su viaje, ni de los investigadores a quienes se la comunicó. La información, al parecer, no provino de ninguna parte…
Protección de la cronología
Tan profundos son los problemas físicos y filosóficos del viaje en el tiempo que Stephen Hawking, de la Universidad de Cambridge, ha propuesto una “hipótesis de protección de la cronología”, según la cual la naturaleza encontrará siempre un modo de impedir los lazos causales no consistentes.
Puesto que tales lazos no contradicen la propia teoría de la relatividad, la protección de la cronología necesitará alguna otra teoría que los impida, quizá la teoría cuántica. La resolución de esta cuestión tal vez deba esperar a que los físicos construyan una teoría unificada que incluya la relatividad general y la teoría cuántica.
La protección de la cronología es, por ahora, tan sólo una conjetura; por tanto, el viaje en el tiempo continúa siendo físicamente posible.
Mario Toboso es Doctor en Ciencias Físicas por la Universidad de Salamanca y miembro de la Cátedra Ciencia, Tecnología y Religión de la Universidad Pontificia Comillas. Editor del Blog Tempus de Tendencias21 y miembro del Consejo Editorial de nuestra revista.