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por Michio Kaku
Mayo 2007
traducción de
Adela Kaufmann
En junio pasado, los astrónomos estaban brindando con copas de champán en los laboratorios de todo el mundo, saboreando su último descubrimiento.
El reparado Telescopio Espacial Hubble de $ 2000 millones, una vez el hazmerreír de la comunidad científica, había atrapado su premio más elusivo: un agujero negro. Pero el descubrimiento del Santo Grial de la astrofísica también puede reavivar un largamente latente debate dentro de la comunidad de físicos.
¿Qué hay al otro lado de un agujero negro?
Si alguien tontamente cayese en un agujero negro, va a ser aplastado por su inmensa gravedad, como cree la mayoría de los físicos, o, ¿pudieran ser propulsados a un universo paralelo o emerger en otra época el tiempo?
Para resolver esta compleja cuestión, los físicos están abriendo uno de los capítulos más extraños y tentadores de la física moderna.
Ellos tienen que navegar por un campo minado de teorías potencialmente explosivas, como la posibilidad de "agujeros de gusano", "agujeros blancos" máquinas del tiempo ", y hasta la décima dimensión!
Esta controversia también puede validar la irónica observación de J.B.S. Haldane, de que el universo es,
Esta deliciosa
polémica, que deleita a los físicos teóricos, pero perturba la mente
de los mortales, es el tema de mi reciente libro Hiperespacio.
Por definición, no puede ser vista, por lo que los científicos de la NASA se centraron, en cambio, en el pequeño núcleo de la galaxia M87, un súper masivo "motor cósmico" a 50 millones años luz de la Tierra. Los astrónomos entonces mostraron que el núcleo M87 consistía en un feroz remolino de gas de hidrógeno supercaliente girando a 1,2 millones de kilómetros por hora.
Para evitar que este disco giratorio de gas se separe violentamente en todas direcciones, tiene que haber una colosal masa concentrada en su centro, con un peso hasta de 2 a 3 mil millones de soles!
Un objeto con
esa masa impresionante sería lo bastante masivo para evitar que se
escape la luz. Ergo,
un agujero negro.
El puente de Einstein-Rosen
Pero hay una característica peculiar a su solución. Se predice que, si uno cae en un agujero negro, podría ser succionado por un túnel (llamado "puente de Einstein-Rosen") y lanzado a un "agujero blanco" en un universo paralelo!
Kerr mostró que un agujero negro en rotación podría colapsar, no en un punto, sino en un "anillo de fuego".
Debido a que el anillo giran rápidamente, las fuerzas centrífugas podrían evitar que se colapsen. Sorprendentemente, una sonda espacial disparada directamente a través del anillo no sería aplastada, sino que en realidad podría surgir sin rasguños en el otro lado del puente de Einstein-Rosen, en un universo paralelo.
Este "agujero de
gusano" puede conectar dos universos paralelos, o, incluso partes
distantes de un mismo universo.
A Través del Espejo
Cualquiera que
camine a través del espejo será transportado al instante al país de
las maravillas, un mundo donde los animales hablaban en clave y el
sentido común no era tan común.
Algunos físicos se han preguntado si los agujeros negros o agujeros de gusano algún día podrían ser utilizados como atajos a otro sector de nuestro universo, o incluso como una máquina del tiempo al pasado lejano (haciendo posible las explotaciones de capa y espada de Star Wars). Sin embargo, advertimos que hay escépticos.
Los críticos reconocen que cientos de soluciones de agujero de gusano ahora han sido encontradas a las ecuaciones de Einstein, y por lo tanto no pueden ser ligeramente descartadas como desvaríos. Sin embargo, señalan que los agujeros de gusano pueden ser inestables, o que la radiación y las intensas fuerzas subatómicas que rodean la entrada del agujero de gusano matarían a cualquiera que se atreviera a entrar.
Debates enérgicos han explotado entre los físicos sobre estos agujeros de gusano.
Desafortunadamente, esta controversia no puede resolverse, porque las ecuaciones de Einstein se descomponen en el centro de los agujeros negros o agujeros de gusano, donde las fuerzas de la radiación y sub-atómicas podrían ser lo suficientemente feroces como para colapsar la entrada.
El problema es que la teoría de Einstein sólo funciona para la gravedad, no para las fuerzas cuánticas que gobiernan la radiación y las partículas sub-atómicas. Lo que se necesita es una teoría que abarque simultáneamente la teoría cuántica de la radiación y la gravedad.
En una palabra,
para resolver el problema de los agujeros negros cuánticos,
necesitamos una "teoría del todo"
¿Una Teoría del Todo?
Pero la ironía suprema, y seguramente una de las bromas cósmicas de la naturaleza, es que se ven asombrosamente diferentes, incluso los físicos más importantes del mundo, entre ellos Einstein y Heisenberg, no han logrado unificar a estas en una sola.
Las dos teorías utilizan diferentes matemáticas y diferentes principios físicos para describir el universo en sus respectivos ámbitos, lo cósmico y lo microscópico.
Afortunadamente, ahora tenemos un candidato para esta teoría. (De hecho, es el único candidato. Decenas de propuestas rivales, han demostrado ser incompatibles.) Se llama "teoría de las supercuerdas", y casi sin esfuerzo une la gravedad con la teoría de la radiación, lo cual es requerido para resolver el problema de los agujeros de gusano cuánticos.
La Teoría de Supercuerdas puede explicar las misteriosas leyes cuánticas de la física subatómica, postulando que las partículas subatómicas son en realidad resonancias o vibraciones de una pequeña cadena.
Las vibraciones de una cuerda de violín corresponden a notas musicales, del mismo modo que las vibraciones de las supercuerdas corresponden a las partículas que se encuentran en la naturaleza. El universo es entonces una sinfonía de cuerdas vibrantes.
Una ventaja adicional es que, como una cadena se mueve en el tiempo, deforma el tejido del espacio que lo rodea, produciendo agujeros negros, agujeros de gusano, y otras soluciones exóticas de las ecuaciones de Einstein.
Así, de un
plumazo, la Teoría de Supercuerdas une tanto la teoría de
Einstein y la física cuántica en una imagen coherente y convincente .
Un Universo de Diez Dimensiones
Esta es, de hecho, una de las razones por las que puede unificar las fuerzas conocidas del universo: en 10 dimensiones hay "más espacio" para acomodar tanto la teoría de Einstein de la gravedad como la física subatómica. En cierto sentido, los anteriores intentos de unificar las fuerzas de la naturaleza fracasaron, porque una teoría estándar de cuatro dimensiones es "demasiado pequeña" para tocar todas las fuerzas en un marco matemático.
Para visualizar las dimensiones superiores, considere un jardín de té japonés, donde la carpa pasa toda su vida nadando en el fondo de un estanque poco profundo.
Las carpas son sólo vagamente conscientes de un mundo más allá de la superficie. Para una carpa "científica", el universo sólo se compone de dos dimensiones, largo y ancho. No hay tal cosa como "altura."
De hecho, ellos son incapaces de imaginar una tercera dimensión más allá del estanque. La palabra "hasta" no tiene ningún significado para ellos. (Imagina su angustia si tuviéramos que levantarlas repentinamente fuera de su universo de dos dimensiones al "hiperespacio", es decir, nuestro mundo!)
Sin embargo, si llueve, entonces la superficie de su estanque se vuelve ondulada. Aunque la tercera dimensión está más allá de su comprensión, ellas pueden ver claramente las ondas desplazándose sobre la superficie del estanque. Del mismo modo, a pesar de que los terrícolas no pueden "ver" estas dimensiones superiores, podemos ver sus ondas cuando vibran.
De acuerdo con esta teoría, "luz" no es más que vibraciones ondulantes a lo largo de la quinta dimensión.
Mediante la adición de dimensiones superiores, podemos acomodar fácilmente más y más fuerzas, incluyendo las fuerzas nucleares. En pocas palabras: cuantas más dimensiones tenemos, más fuerzas podemos acomodar.
Una persistente crítica de esta teoría, sin embargo, es que no vemos estas dimensiones superiores en el laboratorio. En la actualidad, cada evento en el universo, desde la más pequeña descomposición subatómica a las galaxias en explosión, pueden ser descritas por 4 números (longitud, anchura, profundidad y tiempo), no 10 números.
Para responder a estas críticas, muchos físicos creen (pero aún no pueden demostrar) que el universo, en el instante del Big Bang era, de hecho, totalmente de 10 dimensiones. Sólo después del instante de la creación, 6 de las 10 dimensiones se "enrollaron", en una bola demasiado pequeña para observar.
En un sentido
real, esta teoría es en realidad una teoría de la creación,
cuando el poder de las 10 dimensiones espacio-tiempo se manifestó.
Física del Siglo 21
Totalmente nuevas áreas de las matemáticas se han abierto por esta teoría. Lamentablemente, en la actualidad nadie es lo suficientemente inteligente como para resolver el problema de un agujero negro cuántico.
Como Edward Witten del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton ha afirmado:
Sin embargo, las matemáticas del siglo 21 necesarias para resolver los agujeros negros cuánticos aún no han sido descubiertas!
Sin embargo, ya que los riesgos son tan altos, esto no ha detenido a los equipos de físicos emprendedores de tratar de resolver la teoría de supercuerdas. Ya, se han escrito más de 5000 artículos sobre el tema.
Como dijo el premio Nobel Steve Weinberg:
El progreso ha sido lento pero constante.
El año pasado se anunció un avance significativo. Varios grupos de físicos anunciaron de forma independiente que la teoría de cuerdas puede resolver completamente el problema de un agujero negro cuántico. (Sin embargo, el cálculo era tan endiabladamente difícil que sólo pudo llevarse a cabo en dos, no en 10 dimensiones).
Así que ahí es donde nos encontramos hoy. Muchos físicos ahora creen que es sólo cuestión de tiempo antes de que algún físico emprendedor rompa por completo este delicado problema. Las ecuaciones, aunque difíciles, están bien definidas.
Así que hasta entonces, todavía es un poco prematuro comprar entradas para el agujero más cercano para visitar la próxima galaxia o cazar dinosaurios!
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