Nuestro Universo estaría dentro de un Universo más grande

¿Podría nuestro Universo encontrarse en el interior de un agujero de gusano que a su vez forma parte de un agujero negro que se encuentra dentro de un Universo mucho más grande?

Crédito: Indiana University

Un escenario en el cual nace el Universo desde el interior de un agujero de gusano (también conocido como puente de Einstein-Rosen) se sugiere en un artículo científico del físico teórico Nikodem Poplawski, de la Universidad de Indiana (IU) en la revista Physics Letters B . La versión final del artículo está disponible en línea desde el  29 de marzo de 2010 y será publicado en la edición impresa del 12 de abril de 2010.

Poplawski aprovecha el sistema de coordenadas euclidiano llamado coordenadas isotrópicas para describir el campo gravitatorio de un agujero negro y modelar el movimiento radial geodésico de una partícula masiva en un agujero negro.

Al estudiar el movimiento radial a través del horizonte de sucesos (límite de un agujero negro) de dos diferentes tipos de agujeros negros: Schwarzschild y Einstein-Rosen, los cuales son matemáticamente soluciones legítimas de la relatividad general,  Poplawski admite que sólo el experimento u observación puede revelar el movimiento de una partícula que cae en un agujero negro real. Pero también señala que ya que los observadores sólo pueden ver el exterior del agujero negro, el interior no puede ser observado a menos que un observador entre o resida en su interior.

“Esta condición se cumpliría si nuestro Universo estuviese en el interior de un agujero negro que existe en un Universo más grande”, dijo. “Dado que la teoría general  de la relatividad de Einstein no elige una orientación temporal, si un agujero negro puede formarse a partir del colapso gravitacional de la materia a través de un horizonte de sucesos en el futuro, entonces el proceso inverso también es posible. Ese proceso describe un agujero blanco explosivo: la materia que sale de un horizonte de eventos en el pasado, como el Universo en expansión”.

Un agujero blanco está conectado a un agujero negro por un puente de Einstein-Rosen (agujero de gusano) y es hipotéticamente la inversión del tiempo de un agujero negro. El artículo de Poplawski sugiere que todos los agujeros negros astrofísicos, no sólo los agujeros negros de Schwarzschild y Einstein Rosen, pueden tener puentes de Einstein-Rosen, cada uno con un nuevo Universo que se formó en su interior, al mismo tiempo que el agujero negro.

“De esto se deduce que nuestro Universo podía haberse formado en el interior de un agujero negro existente dentro de otro Universo”, dijo.

Al continuar estudiando el colapso gravitacional de una esfera de polvo en coordenadas isotrópicas, y mediante la aplicación de la investigación actual a otro tipo de agujero negro, la visión en la que el Universo nació en el interior de un agujero negro de Einstein-Rosen podría evitar problemas vistos por los científicos en la teoría del Big Bang y en el problema de la pérdida de información en el  agujero negro que reclama que toda la información sobre la materia se pierda a medida que supera el horizonte de eventos (a su vez, desafiando las leyes de la física cuántica).

Este modelo en coordenadas isotrópicas del Universo como un agujero negro podría explicar el origen de la inflación cósmica, teoriza Poplawski.

Poplawski es investigador asociado en el Departamento de Física de IU. Posee un máster y un doctorado en física de la Universidad de Indiana y un máster en astronomía de la Universidad de Varsovia, Polonia.

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Más información en: http://newsinfo.iu.edu/

Vía: El Mensajero de  los Astros

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¿Los agujeros de gusano son aspiradoras cuánticas?

La relatividad general y la dinámica cuántica no encajan demasiado bien.

Si tienes que comparar ambas sería como evaluar las diferencias entre un Mac y un PC; ambos ejemplos bien elaborados de la computación moderna, pero irremediablemente incompatibles. En la computación esto no es demasiado problema, puedes usar uno u otro, o comprar ambos para sus ventajas individuales (y luego quejarse de Microsoft). Pero en física, cuando tratas de encontrar una teoría unificada, el hecho de que la gravedad haya sido sacada del club del Modelo Estándar, es una difícil pregunta que debe hacerse. Aunque existe algo de esperanza en la teoría de supercuerdas, la gravedad cuántica tiene un largo camino que recorrer antes de que pueda demostrarse (aunque los aceleradores de partículas de alta energía como el del LHC serán de ayuda en esta área).

Como señalaba KFC en Physics ArXiv Blog, “los físicos han pasado poco tiempo molestándose en descubrir” cómo funciona la mecánica cuántica en espacio-tiempos curvados como los predichos por la relatividad general de Einstein. Pero ahora, un físico han hecho los preparativos e imaginó lo que haría una partícula cuántica cuando se encontrase con uno de las más famosas trampas del espacio tiempo; la boca de un agujero de gusano. ¿Y qué surgió de las ecuaciones? Otra curiosa fuerza conocida como “fuerza anticentrífuga cuántica”.

Pero, ¿qué es todo esto?

Rossen Dandolo de la Universidad de Cergy-Pontoise en Francia, decidió centrarse en el agujero de gusano dado que este es el ejemplo más extremo de espacio-tiempo curvado que existe. Los agujeros de gusano son usados una y otra vez en las historias de ciencia ficción debido a que se teoriza que enlazan dos posiciones distintas del espacio-tiempo (por tanto formando un atajo), o incluso dos universos distintos. Cuando hablamos de este espacio-tiempo, existe alguna posibilidad de usar los agujeros de gusano como pasadizos a través del tiempo. Aunque los agujeros de gusano suenan como algo muy divertido, en términos prácticos no serían de mucho uso sin algo de energía exótica para mantener abierta la garganta del agujero de gusano.

Dandolo, no obstante, no está interesado en atravesar estos agujeros en el espacio-tiempo, está interesado en descubrir cómo actúa una partícula en la localidad de la boca de un agujero de gusano.

Comenzando con algo de los cimientos de la teoría cuántica, Dandolo usa el Principio de Incertidumbre de Heisenberg que estipula que no puedes conocer el momento y posición de una partícula al mismo tiempo. Hasta el momento todo bien. Ahora, observando una predicción de la relatividad general, el agujero de gusano retorcerá el espacio-tiempo hasta el extremo, esturando el espacio alrededor del agujero. Este estiramiento del espacio tiempo provoca incertidumbre en la posición de la partícula. Cuando la incertidumbre en una posición de incrementa, baja la incertidumbre del momento. Por tanto, cuanto más te acerques a la boca del agujero de gusano, el momento, y por tanto la partícula de la energía, decrecerán.

Esta interacción entre el estirado del espacio-tiempo y las propiedades cuánticas de la partícula tienen algunas sorprendentes ramificaciones. Si la energía de la partícula decrece cuando se acerca a caer en el agujero de gusano, éste actúa como un pozo de potencial; las partículas se moverán a una posición con menos energía. Por tanto, una nueva fuerza — que combina la dinámica cuántica y la relatividad general — actúa sobre las partículas que se acerca al agujero de gusano: una fuerza anticentrífuga.

Esto hace que los agujeros de gusano sean aspiradoras, ejerciendo un efecto de curvatura espacio-temporal en las cualidades cuánticas de la materia.

La relatividad general y la dinámica cuántica podrían tener algunos vínculos más fuertes de lo que pensamos…

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Autor: Ian O’Neill
Fecha Original: 14 de junio de 2009
Enlace Original

Vía Ciencia Kanija

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¿Puede un agujero de gusano generar su propio campo magnético?

Los agujeros de gusano son una extraña consecuencia de la Teoría de la Relatividad General de Einstein.

Estos “atajos” a través del tejido del espacio y el tiempo pueden vincular dos posiciones distintas del universo; pueden incluso conectar dos universos distintos entre sí. Esto también lleva a la posibilidad de que los agujeros de gusano también puedan permitir el viaje entre dos puntos del tiempo. Estas extrañas entidades han proporcionado material durante muchos años a las historias de ciencia-ficción, pero hay una física creíble tras los agujeros de gusano. Ahora parece que, en teoría, los agujeros de gusano de rotación lenta podrían ser capaces de generar su propio campo magnético. ¿Podría usarse esto para detectar la presencia de agujeros de gusano en nuestro universo observable?

En un artículo anterior, encontré una interesante investigación sobre la posibilidad de observar un agujero de gusano usando radiotelescopios sensibles. Es más, un observador podría ser capaz de ver la luz de otra parte del universo que ha viajado a través de un agujero de gusano y luego se ha emitido a través de la boca de agujero. Un observador esperaría ver una esfera similar a una burbuja flotando en el espacio, con la luz emitida siendo más intensa alrededor del borde.

En una publicación del mes pasado, Mubasher Jamil y Muneer Ahmad Rashid de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Pakistán, investigan las propiedades de un agujero de gusano de rotación lenta y el efecto que esto tendría en un volumen de espacio que lo rodease. Sus cálculos suponen que una nube de partículas cargadas (electrones) son atraídos gravitatoriamente hacia la entidad, y conforme l agujero de gusano rota, arrastra la nube de electrones con él. Esta aproximación ya había sido llevada a cabo cuando se consideró el efecto de una estrella compacta de rotación lenta sobre el plasma estelar a su alrededor.

Este efecto gravitatorio es conocido como “arrastre de marco”. Como se predice que el agujero de gusano tenga una influencia gravitatoria en el espacio que le rodea, la relatividad general de Einstein predice que este espacio-tiempo estará curvado. La mejor forma de visualizar esto es imaginar una bola pesada sobre una lámina elástica; la bola provoca que la lámina se estire hacia abajo, en forma de cono. Si la pelota gira en la lámina, la fricción entre la bola y el elástico provocará que la lámina se distorsione de otra forma, comenzará a retorcerse. Si aplicas esta idea al espacio-tiempo (la lámina elástica), y tienes un agujero de gusano de rotación lenta (la bola), las distorsiones en el espacio-tiempo tendrán un efecto de arrastre en las partículas de alrededor, provocando que giren con el agujero de gusano.

Aquí es donde el artículo de Jamil y Rashid entra en juego. Si tienes una masa giratoria de partículas cargadas, puede generarse un campo magnético (como consecuencia de las ecuaciones de Maxwell). Por tanto, en teoría, un agujero de gusano de rotación lenta podría tener su propio campo magnético como consecuencia del campo electromagnético configurado por el movimiento de las partículas cargadas.

Por tanto, ¿podría un agujero de gusano ser detectado mediante instrumentos? Eso depende de la magnitud de la curvatura del espacio-tiempo que un agujero de gusano giratorio tenga sobre su espacio local; cuando menor es el agujero de gusano, menor es la densidad de las partículas cargadas rotantes. Dado que se teoriza que los agujeros de gusano son microscópicos, dudo que se genere un gran campo magnético. Y además, tendrías que estar muy cerca de la boca del agujero de gusano para tener una opción de medir el campo magnético. La posibilidad de detectar un agujero de gusano sigue quedado en el dominio de la ciencia-ficción por algún tiempo aún …

Artículo en Arxiv

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Autor: Ian O’Neill
Fecha Original: 7 de junio de 2008
Enlace Original

Vía: Ciencia Kanija

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Olvídate de los agujeros negros, ¿cómo encontrar un agujero de gusano?

Encontrar un agujero negro es una tarea fácil… comparado con la búsqueda de un agujero de gusano.

Se sospecha que los agujeros negros tienen un efecto gravitatorio masivo sobre planetas, estrellas e incluso galaxias, generando radiación, produciendo chorros y discos de acreción. Los agujeros negros incluso curvan la luz a través de lentes gravitatorias. Ahora, intenta encontrar un agujero de gusano … ¿Alguna idea? Bien, un investigador ruso cree que ha encontrado una respuesta, pero se necesita un radiotelescopio muy sensible además de una enorme cantidad de paciencia para encontrar una firma especial de un agujero de gusano.

Los agujeros de gusano son consecuencias de la visión del universo de la relatividad general de Einstein. Un agujero de gusano, en teoría, actúa como un atajo o túnel a través del espacio y el tiempo. Existen varias versiones del mismo tema (es decir los agujeros de gusano podrían enlazar distintos universos, podrían enlazar dos posiciones separadas del mismo universo; incluso pueden enlazar agujeros blancos y negros), pero la física es similar, los agujeros de gusano crean un enlace entre dos posiciones del espacio-tiempo, evitando las tres dimensiones normales por las que viajamos en el espacio. También se ha teorizado que la materia puede viajar a través de algunos agujeros de gusano dando pie a historias de ciencia-ficción como la película Stargate o Star Trek. Si los agujeros de gusano existen, no obstante, es altamente improbable que encuentres una llave maestra que abra la boca de un agujero de gusano en tu patio trasero, probablemente son muy esquivos y necesitarás algún equipo especializado para viajar a través de ellos (aunque esto será imposible virtualmente).

Alexander Shatskiy, del Instituto de Física Lebedev en Moscú, tiene una idea de cómo pueden observarse estos agujeros de gusano. Para empezar, pueden distinguirse de los agujeros negros dado que las bocas de los agujeros de gusano no tienen un horizonte de eventos. Segundo, si pudiese ser posible viajar a través de los agujeros de gusano, la luz ciertamente podría hacerlo, pero la luz emitida tendría una distribución de intensidad angular característica. Si estuviésemos viendo la boca de un agujero de gusano, seríamos testigos de un círculo, similar a una burbuja, con intensa luz radiando desde el interior del “aro”. Mirando hacia el centro notaríamos que la luz se atenúa mucho. En el centro no notaríamos ninguna luz, pero veríamos a través de la boca del agujero de gusano y podríamos apreciar las estrellas (del otro lado del universo) brillando hacia nosotros.

Para la posibilidad de observar la boca de un agujero de gusano, se requerirían interferómetros de radio suficientemente avanzados para mirar en el interior de los entornos extremos de los núcleos galácticos para distinguir estos exóticos fantasmas cósmicos de si homólogo de agujero negro.

Sin embargo, simplemente porque los agujeros de gusano sean posibles no significa que existan. Podrían ser simplemente restos matemáticos de la relatividad general. E incluso aunque existan, probablemente son altamente inestables, por lo que cualquier posibilidad de viajar a través de uno de ellos a lo largo del espacio y el tiempo sería efímera. Además de esto, la radiación que pasa a través del agujero estará extremadamente desplazada al azul, por lo que es de esperar que ardas muy rápidamente. No hagas aún las maletas…

Artículo original en Arxiv

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Autor: Ian O’Neill
Fecha Original: 21 de enero de 2008
Enlace Original

Fuente: Ciencia Kanija

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Los "agujeros de gusano" podrían hacerse con materiales exóticos

 

Imagina que tratas de ver a través de un agujero, sólo para ver un objeto lejano como si estuviese justo a tu lado. Sin cámaras, sin elaborados periscopios implicados — en lugar de esto observas a través de un “agujero de gusano” electromagnético creado de un material especialmente diseñado.

 

Simulaciones de rayos de luz muestran cómo se vería un tablero de ajedrez infinito a través del hueco de un agujero de gusano. La imagen de la izquierda produce un efecto similar al de una lente de ojo de pez. La imagen de la derecha es para un agujero de gusano más grande, el cual empezaría a añadir más distorsión e imágenes múltiples. (Crédito: Matti Lassas et al.)

 

Una propuesta de tales agujeros de gusano proviene de Yaroslav Kurylev del Colegio Universitario de Londres en el Reino Unido y sus colegas de los Estados Unidos y Finlandia, que llegaron a la idea trabajando sobre la teoría matemática que nos dio la capa de invisibilidad — un dispositivo que se realizó mediante microondas el año pasado.

Mientras que en la capa de invisibilidad los rayos de luz son guiados alrededor de un volumen cilíndrico o esférico como el agua que fluye alrededor de una piedra, un agujero de gusano guiaría la luz alrededor de una forma tubular más elaborada. El dispositivo parecería sólido en la mayoría de longitudes de onda de la luz, pero en las longitudes de onda de invisibilidad desaparecería, y la luz entraría en el tubo por un extremo para emerger en el otro sin ningún túnel visible entre ambos (Phys. Rev. Lett. 99 183901).

Curvando el espacio

En el espacio vacío, que tiene un índice de refracción uniforme, la luz viaja en líneas rectas de acuerdo con coordenadas cartesianas. El truco para curvar la luz alrededor de una capa de invisibilidad o un agujero negro es diseñar un material con un índice de refracción no uniforme que transforme estas coordenadas cartesianas en coordenadas curvas.

Fácilmente, las matemáticas requeridas para producir tales transformadas de coordenadas arbitrarias pueden encontrarse en la geometría apuntalada por la Teoría de la Relatividad General de Einstein, las cuales pueden combinarse con las ecuaciones de Maxwell para describir la propagación de las ondas electromagnéticas.

Kurylev y sus colegas llaman a la transformación para la capa de invisibilidad “explotar un punto” dado que esencialmente es estirar una región infinitesimalmente pequeña en una esfera. Para crear un agujero de gusano, por tanto, todo lo que se necesita en “explotar una curva”. Y, como con la capa de invisibilidad, los investigadores dicen que el dispositivo podría crearse con metamateriales — materiales exóticos fabricados por el hombre con potentes propiedades electromagnéticas — que tienen el perfil de índice de refracción no uniforme necesario.

Planes optimistas

“Lo que proponen es una idea definitivamente muy interesante”, dijo Ulf Leonhardt, uno de los físicos que soñó primero con una capa de invisibilidad, a physicsworld.com. Pero añadió que, dado que sólo se han creado las capas de invisibilidad cilíndricas, el siguiente paso será crear una capa verdaderamente en 3D. “Crear un agujero de gusano es incluso más complicado”, dijo.

Aún así, si su idea fuese realizable, Kurylev y sus colegas tienen una lista de potenciales aplicaciones que incluyen “cables ópticos” para medir campos electromagnéticos sin perturbarlos, o crear una pantalla de video 3D. Colocando un imán cerca de uno de los extremos del agujero de gusano, el campo magnético surgiría aparentemente de alguna parte del otro extremo y se convertiría en un monopolo, aunque Kurylev no sabe para qué podría usarse.

Los investigadores también admiten que, debido a que las propiedades ópticas de los actuales metamateriales cambian tan rápidamente como función de la longitud de onda, un agujero de gusano práctico probablemente sólo trabajaría en un estrecho rango de longitudes de onda. Esto significa que, como en las capas de invisibilidad, un agujero de gusano que trabaje en todo el espectro de la luz visible está fuera de las capacidades. “Ya hay unos primeros resultados sobre invisibilidad a escala óptica”, dijo Kurylev. “Dado que los resultados para el agujero de gusano son paralelos a los obtenidos para la capa podemos, en principio, transferirlos a los agujeros”

Fuente: Ciencia Kanija

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Una fórmula matemática permite crear agujeros de gusano electromagnéticos

Científicos norteamericanos han ideado una fórmula matemática que permite, en teoría, construir con metamateriales un túnel electromagnético invisible que, al igual que el "agujero de gusano" descrito por la física, es capaz de anular el espacio entre dos puntos. La fórmula matemática se basa en una anterior concebida para posibilitar la invisibilidad de las radiaciones de microondas, pero esta nueva versión valdría para todas las frecuencias de ondas electromagnéticas, según sus creadores. Aunque todavía no existen los metamateriales necesarios para fabricar este túnel electromagnético, en caso de que finalmente pudiera desarrollarse sus aplicaciones rozarían la ciencia ficción.

Por Olga Castro-Perea de Tendencias Científicas.

Un equipo de matemáticos norteamericanos afirma en un artículo publicado este mes en la revista Physical Review Letters, que una tecnología creada anteriormente, y que se usó para realizar una capa que vuelve invisible lo que rodea, podría ser aplicada también para generar un tipo de túnel invisible que permitiera a los objetos desaparecer al entrar en él, y reaparecer al otro lado.

El professor Allan Greenleaf, de la Universidad de Rochester y co-autor de este estudio, declaró en un comunicado de dicha universidad que si se diseñara un material que se ajustase a las especificaciones matemáticas por ellos definidas, el túnel permitiría que los objetos viajasen de un lado al otro del espacio sin recorrer distancia alguna.

Este túnel electromagnético, explican sus autores, actúa como el agujero de gusano descrito por la física respecto a las ecuaciones de Maxwell, ya que efectivamente modifica la topología del espacio frente a la propagación de las ondas EM, que son las que perturban el campo electromagnético.

La tecnología actual permite crear objetos invisibles sólo a las radiaciones de microondas, pero la teoría matemática desarrollada por estos científicos serviría para que el efecto del agujero de gusano funcionara para todas las frecuencias de ondas electromagnéticas.

Diversas aplicaciones podrían derivarse de este invento, por ejemplo, en cirugía endoscópica (con ayuda de un endoscopio o instrumento en forma de tubo, que contiene una luz y una óptica), en la que la cirugía está guiada por imágenes de resonancia magnética (MRI) y cuyo problema radica en que los intensos campos magnéticos generados por el escáner MRI afectan a las herramientas empleadas en dicha cirugía, que a su vez pueden distorsionar las imágenes.

Con materiales compuestos

Sin embargo, según Greenleaf, si esas mismas herramientas pasaran a través de este túnel electromagnético, quedarían ocultas a los campos, permitiendo que se vieran solamente sus extremos.

Para idear la futura tecnología del agujero de gusano, Greenleaf y sus colaboradores utilizaron matemáticas teóricas con las que diseñaron un dispositivo para guiar las ondas electromagnéticas de forma aprovechable.

El diseño sirvió asimismo para idear las capas de unos materiales compuestos denominados metamateriales, que obtienen propiedades únicas a partir de su estructura y no de su composición, y que serían la base del túnel invisible. Es el orden de los constituyentes de estos metamateriales lo que permite que tengan propiedades físicas distintas a las de dichos constituyentes, y también a las de los materiales formados de manera natural.

Los metamateriales pueden refractar la luz en sus proximidades, ocultando así lo que rodean que, al reflejar luz, se vuelve invisible. De esta misma técnica hablamos ya en un artículo de Tendencias21, en el que explicamos cómo ingenieros estadounidenses habían diseñado un prototipo con forma de cono lleno de minúsculas agujas que permitían a la luz pasar a través de ellas.

Matemáticas más complejas

En 2006, el físico David R. Smith, junto con otros científicos, diseñaron un dispositivo de invisibilidad que permitía que las microondas pasaran alrededor de él, es decir, que se ha conseguido hacer invisibles objetos aunque sólo a la radiación de microondas.

Greenleaf y sus colegas han empleado una geometría aún más elaborada para especificar con exactitud qué propiedades se necesitan para que un agujero de gusano formado por un metamaterial pueda crear el efecto de invisibilidad del túnel, pero para cualquier longitud de onda. Asimismo, han calculado que efectos ópticos adicionales se darían si el interior del túnel fuera recubierto con una variedad de metamateriales hipotética.

En el caso de que dicho agujero de gusano operase con objetos de nuestra vida cotidiana, es decir, franjas visibles del espectro electromagnético, si el observador mirase desde uno de los extremos, vería una versión distorsionada de lo que está en el otro extremo. Por otro lado, dependiendo de la longitud del túnel, y de la manera en la que la luz rebota dentro del mismo, el espectador podría ver, bien una realidad distorsionada, o simplemente un indescifrable remolino de luces y formas.

Este agujero de gusano electromagnético tendría así aplicaciones que suenan a ciencia ficción. Por ejemplo, si los metamateriales empleados en el tubo pudieran desviar todas las longitudes de onda de la luz visible, podrían utilizarse para fabricar dispositivos de televisión en tres dimensiones.

Sin embargo, concede Greenleaf, estas matemáticas aún está lejos de concretarse. Incluso teniendo el corpus teórico necesario, aún queda por aplicarlo en un prototipo que funcione realmente.

laflecha

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