Viajes en el tiempo y agujeros de gusano: Las teorías más atrevidas del físico Kip Thorne

domingo, 28 de diciembre de 2014

Viajes en el tiempo y agujeros de gusano: Las teorías más atrevidas del físico Kip Thorne

Viajes en el tiempo y agujeros de gusano: Las teorías más atrevidas del físico Kip Thorne
por Calla Cofield

Interpretación de un artista de la utilización de un agujero de gusano para viajar a través del espacio, Thorne lanzó una seria discusión entre los científicos acerca de si es posible viajar en el agujero de gusano. (Crédito: NASA)

Crédito: ibtimes.com

Kip Thorne, el físico que trajo la verdadera ciencia de la película "Interestelar", tiene una historia de crear ideas que suenan como si fueran directamente de la ciencia ficción. Hemos reunido a tres de las más alucinantes teorías de Thorne -al menos una de los cuales puede haber sido confirmada recientemente. 

El viaje interestelar a través de los agujeros de gusano

¿Mirando de viajar de una estrella a otra, pero no quiere que el viaje le tome decenas de miles de años? ¿Cómo sobre el uso de un agujero de gusano?

Los agujeros de gusano se teorizaron por primera vez en 1916 (a pesar de que no fueron llamados así en el momento), derivados de las ecuaciones de Einstein de la relatividad. Un agujero de gusano conecta dos puntos en el espacio a través de una especie de túnel a través de una dimensión superior. Un objeto entrando en un extremo de un agujero de gusano surgiría casi instantáneamente en el otro extremo, incluso si las aberturas estuvieran separadas por miles de millones de millas.

En la década de 1980, Thorne, que es profesor Feynman de Física Teórica, Emérito, en el Instituto de Tecnología de California, dio inicio a un debate serio entre los físicos acerca de si o no un objeto (como una nave espacial) podría viajar físicamente a través de un agujero de gusano. En otras palabras, ¿las leyes de la física lo prohíben? O, con recursos ilimitados y conocimientos, ¿podría una civilización construir un agujero de gusano y utilizarlo como una autopista cósmica?

Los físicos, incluyendo Thorne, han hecho algunos progresos en esta cuestión. Los científicos sabían antes de la década de 1980 que si existieran agujeros de gusano, se evaporarían antes que nada (ni siquiera la luz) pudiera pasar de una apertura a la otra. Así que enviar algo a través de un agujero de gusano requeriría una especie de andamio hecho de "materia exótica" para mantener el agujero de gusano abierto.

Además, los agujeros de gusano para viajar probablemente tendrían que ser construidos artificialmente, porque no hay evidencia sólida de que existan naturalmente.

Crédito: mshcdn.com

"No vemos objetos en nuestro universo que podrían convertirse en agujeros de gusano a medida que envejezcan", escribe Thorne en su nuevo libro "The Science of Interstellar" (WW Norton & Co. 2014). Por el contrario, los científicos ven un gran número de estrellas que eventualmente colapsan para formar agujeros negros. Hay una posibilidad de que existan muy, muy pequeños agujeros de gusano en el universo en algo que se llama "espuma cuántica", que puede o no existir en el universo.

La pregunta de Thorne sobre la posibilidad de un viaje interestelar a través de agujeros de gusano sigue sin respuesta. Pero por el momento, le dijo a Space.com, que los viajes agujero de gusano probablemente sólo lleguen a existir en la ciencia ficción. 

Los agujeros de gusano para viajar en el tiempo

 

El físico teórico Kip Thorne, quien ayudó a traer la verdadera ciencia de la película "Interestelar". Algunas de las teorías científicas de Thorne parecen rayar en la ciencia ficción. (Crédito: Caltech)

Cuando Thorne empezó a considerar la posibilidad de que los agujeros de gusano podrían ser utilizados para los viajes espaciales, se dio cuenta de que también podrían ser utilizados para viajar en el tiempo.

Crédito: wikimedia.org

En su libro de 1994 "Black Holes and Time Warps" (WW Norton & Co. 1994), Thorne propone un experimento mental: Digamos que obtiene un pequeño agujero de gusano, que conecta dos puntos en el espacio, como si no se separaran por cualquier distancia en absoluto.

Thorne toma su agujero de gusano y pone un extremo en su sala de estar, y el otro a bordo de una nave espacial estacionada en su patio delantero. La esposa de Thorne, Coralee, sube a bordo de la nave espacial para prepararse para un viaje. Los dos no tienen que decir adiós, sin embargo, porque no importa lo lejos que viaja Coralee, pueden verse entre sí a través del agujero de gusano. Incluso pueden tomarse de la mano, como a través de una puerta abierta.

Coralee pone en marcha la nave espacial, se dirige hacia el espacio y viaja durante seis horas a la velocidad de la luz. A continuación se da la vuelta y regresa a casa viajando a la misma velocidad -una ida y vuelta de 12 horas. Thorne vigila a través del agujero de gusano y ve que este viaje se produzca. Él ve a Coralee de vuelta de su viaje, aterrizando en el jardín delantero, saliendo de la nave espacial y dirigiéndose hacia la casa.

Pero cuando Thorne mira por la ventana en su propio mundo, su jardín delantero está vacío. Coralee no ha regresado. Debido a que ella viajó a la velocidad de la luz, el tiempo fue más lento para ella: fueron 12 horas para ella y 10 años para Thorne en la Tierra.

Ahora, mientras Thorne y Coralee se toman de la mano a través del agujero de gusano, están cada uno viajando en el tiempo. Coralee ha aterrizado en la Tierra 10 años después de que se fue, y allí se reunirá con Thorne, 10 años mayor. Pero ella todavía puede llegar a través del agujero de gusano y encontrar a Thorne, que está a sólo 12 horas más. Thorne puede pasar por el agujero de gusano y encontrarse a sí mismo 10 años en el futuro, o su yo futuro puede retroceder 10 años en el pasado.

La idea de Thorne es un experimento de pensamiento, la intención de responder a una pregunta más amplia: ¿Está el viaje en el tiempo prohibido por las leyes del universo? Los científicos saben que el tiempo se mueve más lentamente a altas velocidades (aunque viajar a la velocidad de la luz realmente mataría a una persona) o en áreas con muy alta gravedad (esto fue retratado en la película "Interestelar", cuando el tiempo se mueve más lentamente en un planeta orbitando un agujero negro). Por lo tanto, viajar "en el futuro" no está prohibido.

Pero viajar en el tiempo hacia atrás sigue sin resolverse. Stephen Hawking ha declarado categóricamente que las leyes de la física prevendrán el viaje en el tiempo hacia atrás. Thorne escribe en "The Science of Interstellar" que la respuesta está en la física más avanzada que los científicos entienden actualmente. 

Una estrella dentro de una estrella

Los científicos pueden probar al menos una de las alucinantes teorías de Thorne en un futuro próximo: que una estrella puede establecer su residencia en el interior de otra estrella.

En 1975, Thorne y su colega Anna Zytkow propusieron que una muy pequeña, densa estrella podría caer en una muy grande, estrella difusa y seguir viviendo (en lugar de terminar en la destrucción o la fusión de las dos). En octubre, otros investigadores anunciaron que habían encontrado lo que creen que es el primer Objeto de Thorne-Żytkow (TZO) jamás detectado.

La estrella grande y difusa sería una gigante roja: una estrella que se acerca al final de su suministro de combustible, que, como resultado, ha comenzado a inflarse (una gigante roja lo suficientemente grande como para formar un TZO tendría un diámetro del tamaño de la órbita de Saturno, según los científicos).

Un TZO se vería muy parecido a una gigante roja normal, pero en su esencia sería una estrella de neutrones: un objeto increíblemente denso (una cucharadita de material de estrella de neutrones pesaría mil millones de toneladas) se crea cuando una estrella masiva deja de quemar y explota, y el material restante colapsa. Una estrella de neutrones no puede formarse dentro de una gigante roja, por lo que tendría que formarse fuera y luego caer en ella.

Thorne y Zytkow mostraron que si realmente ocurriera esta extraña fusión, se crearía una especie única de horno estelar.

"Tendría una cáscara de material ardiente alrededor del núcleo de neutrones, una cubierta que generaría nuevos elementos, ya que se quemó", dijo Thorne en una entrevista. "Convección, la circulación de gas caliente dentro de la estrella, llegaría justo a la cubierta ardiente y llevaría los productos de la combustión de todo el camino hasta la superficie de la estrella mucho antes de que la combustión se haya completado."

El trabajo posterior del estudiante graduado de Thorne, Garrett Biehle, mostró que TZOs producen altos niveles de elementos de rubidio, molibdeno y litio. Esta actividad difiere de la de las gigantes rojas normales, dando a los astrónomos una forma de identificar un TZO en base a su perfil químico.

En junio, los investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder y sus colegas anunciaron que habían identificado una gigante roja que se ajusta al perfil de un TZO. La estrella, HV 2112, se encuentra en la Pequeña Nube de Magallanes, una galaxia enana a unos 20.000 años luz de distancia de la Tierra.

"La evidencia es convincente, pero de ninguna manera férrea", dijo Thorne Space.com. "Tenemos que conseguir los datos de observación adicional antes de que la victoria realmente se puede declarar. Así que creo que es prematuro decir que un Objeto de Thorne-Żytkow ha sido descubierto.