El físico argentino, mente brillante del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Estados Unidos, reflexiona sobre un tema que hoy invade series.

Hemos visto muchas series y películas de ciencia ficción donde el protagonista viaja en el tiempo. A veces el viaje se produce con naves espaciales, otras veces a través de túneles en el espacio-tiempo, quizás involucrando agujeros negros.

¿Qué dice la física sobre esto? ¿Esta ciencia ficción se convertirá en realidad algún día? ¿Es sólo cuestión de avances tecnológicos?

Lamentablemente, la física nos dice que no es posible viajar hacia atrás en el tiempo. Tampoco se puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Estos son principios básicos de la física actual. No es un problema puramente tecnológico, sino que la física del siglo XX se basa en estos principios y muchas de sus consecuencias han sido comprobadas.

En las películas, a veces nos muestran a alguien delante del pizarrón, mirando fórmulas y teniendo, de repente, la idea que lo hace posible. Pero las ecuaciones actuales nos dicen que no es posible, así que el nuevo descubrimiento debería venir de un experimento revolucionario que nos diga que debemos cambiar estos principios.

¿Es posible que se descubra una manera de viajar más rápido que la luz? Sí, es posible que las teorías actuales no sean correctas y que la naturaleza sí lo permita. Sin embargo, estos principios que nos prohíben viajar más rápido que la luz, o hacia el pasado, son fundamentales para la física actual, y han sobrevivido durante todo el siglo XX.

Didáctico. Juan Maldacena en una conferencia, en Princeton. Prefiere usar tiza y pizarrón. "Es más fácil", dice. Foto: Archivo Clarín.

Didáctico. Juan Maldacena en una conferencia, en Princeton. Prefiere usar tiza y pizarrón. “Es más fácil”, dice. Foto: Archivo Clarín.

Durante este período, muchas nuevas partículas subatómicas fueron descubiertas, todas ellas respetando estos principios fundamentales. En ellos también se basa la teoría que describe el comportamiento del espacio-tiempo. La expansión del Universo y los agujeros negros son predicciones de esta teoría, así como las ondas gravitacionales, unas vibraciones del espacio-tiempo que recién en 2016 fueron observadas por primera vez.

Por supuesto, hay muchas cosas del Universo que no entendemos, y es siempre posible que haya descubrimientos que tiran abajo las teorías anteriores. Si se descubriera que uno puede mandar una señal más rápido que la luz, sería una noticia espectacular. De hecho, hace unos años, un grupo de Italia dijo que había medido que ciertas partículas subatómicas viajaban a una velocidad un poco mayor que la luz. Pero, como dicen, los resultados extraordinarios requieren evidencia extraordinaria. La evidencia no era muy convincente y la noticia fue tomada con mucho escepticismo.

Un vecino mío, al escuchar la noticia, me dijo: “Ah, van a tener que revisar todas sus teorías”. Yo le aposté que se iba a encontrar que el resultado estaba mal, pero él no quiso aceptar mi apuesta… Efectivamente, unos meses después encontraron un problema con el experimento y el resultado desapareció. Así que la próxima vez que leas en el diario que alguien dice haber mandado señales más rápido que la luz, apostale a tu vecino que va a estar mal y muy probablemente ganes la apuesta.

Podemos viajar al futuro. Podemos viajar mil años, o todo lo que quisiéramos. Eso sí, no podríamos regresar a nuestro tiempo, ¡porque eso sería viajar hacia el pasado!

Juan Maldacena, físico

Viajar al futuro

Hasta ahora hablamos de lo que sería imposible. Pero hay cosas sorprendentes que sí son permitidas. Por ejemplo, podemos viajar hacia adelante en el tiempo. De hecho, estamos constantemente yendo hacia adelante en el tiempo, hacia el futuro. Pero no me refiero simplemente a esto, sino que sería posible ir hacia el futuro sin envejecer.

Por ejemplo, podríamos ir 20 años hacia el futuro a través de un viaje que para nosotros sólo llevaría un par de años. Cuando llegáramos, todos serían 20 años más viejos, pero el viajero sólo habría envejecido un par de años.

¿Cómo sería posible? El transcurrir del tiempo depende de la velocidad a la que nos movemos. Si alguien se está moviendo rápidamente, lo veríamos envejecer más lentamente.

Por lo tanto, podemos partir de la Tierra, viajar muy rápidamente en una dirección y luego regresar, también a gran velocidad. Al volver, seríamos más jóvenes que los que se quedaron en la Tierra.

De esta manera, podemos viajar al futuro. Podemos viajar mil años, o todo lo que quisiéramos. Eso sí, no podríamos regresar a nuestro tiempo, ¡porque eso sería viajar hacia el pasado! Así que si decidís hacer este viaje, no hay vuelta atrás.

Aunque esto es posible en teoría, hay muchos problemas prácticos. El viaje que mencionamos requeriría una cantidad de energía muy grande para acelerar y desacelerar. Esta energía es comparable al total de la energía mundial generada durante ese tiempo. Y sería sólo lo mínimo indispensable: habría muchos problemas para transferir eficientemente esta energía al viajero y su nave espacial.

Otro problema es que en el espacio hay pequeños granos de polvo, los que producen las estrellas fugaces al chocar con la Tierra. Si un pequeño grano de polvo cósmico chocase con la nave, crearía una explosión como la de una pequeña bomba atómica.

Sin embargo, en principio, habría formas más sencillas de viajar hacia el futuro. Si a uno lo pudieran congelar y luego revivir dentro de mucho tiempo, uno también estaría viajando al futuro, habiendo envejecido menos que los demás. Esto también es consistente con las leyes de la física. Ahí los inconvenientes son mas bien biológicos y no sabría decir que tan distante estaría esta posibilidad…

Qué es el tiempo

Esto nos lleva a preguntarnos, ¿qué es el tiempo? La mejor definición que tenemos hoy en día es que el tiempo es lo que mide un reloj. Parecería ser una definición en broma. Pero no lo es. Lo que sabemos es que relojes construidos de distintas maneras miden el mismo tiempo, y eso que miden es lo que llamamos tiempo.

Dark. En esta serie hay un túnel que permite viajar al pasado y al futuro. ¿Un agujero de gusano? Foto: Archivo Clarín.

Dark. En esta serie hay un túnel que permite viajar al pasado y al futuro. ¿Un agujero de gusano? Foto: Archivo Clarín.

La teoría de la relatividad especial nos dice que dos relojes que se están moviendo miden un distinto tiempo. Esto es sorprendente, pero, así funciona la naturaleza. Es más, la gravedad también afecta el flujo del tiempo. Un reloj en el piso de arriba de un edificio va mas rápido que uno en el piso más abajo. El efecto es muy, muy pequeño, pero se puede medir con los mejores relojes actuales. O sea que cuando queremos medir el tiempo con relojes, tenemos que tener en cuenta su movimiento y la gravedad.

De hecho, la Teoría de la Gravedad de Einstein dice que lo más fundamental es el hecho de que el fluir del tiempo es distinto, y que esto es lo que causa la gravedad.

El espacio y el tiempo están deformados, el tiempo fluye en forma distinta en distintos lugares. Este efecto fue mostrado en la película Interestelar, en donde los protagonistas van a un planeta donde este efecto es muy grande: una hora en la superficie es lo mismo que 7 años para los que se quedaron lejos. Esto es, en principio, posible. Eso sí: sería muy difícil regresar de ese planeta. No podría hacerse como en la película, donde esto ocurre gracias a los motores de la nave espacial, ya que la energía necesaria para volver a salir sería mucho mayor que la que puede llevar una nave espacial.

Entre los productores de Interestelar está el físico Kip Thorne, uno de los científicos que propusieron el detector que midió las ondas gravitacionales. Por eso les dieron un premio Nobel. En el filme, un personaje manda señales hacia atrás en el tiempo, luego de caer en un agujero negro. Yo creo que esto es imposible.

Uno podría tener la entrada del túnel en el Sistema Solar y la salida en una región distante de la galaxia. Al entrar, uno sentiría que cae libremente, como flotando en el espacio, como los astronautas en la Estación Espacial.

Juan Maldacena, físico

¿Se puede construir un túnel?

Otro de los elementos favoritos de la ciencia ficción son los “túneles’’ o (wormholes) en el espacio-tiempo. Antes de hablar con más detalle sobre ellos, recordemos qué nos dice la teoría de Einstein sobre el espacio-tiempo. Nos dice que el espacio-tiempo se puede deformar. La presencia de materia genera una cierta curvatura en este espacio-tiempo.

Por ejemplo, la Tierra deforma el espacio-tiempo a nuestro alrededor y esta es la razón por la cual un reloj en el piso de arriba de un edificio va más rápido que uno en el piso de abajo. En este ejemplo, la deformación es muy pequeña. Pero hay situaciones, como en el caso de agujeros negros, donde las deformaciones son muy grandes.

Esto nos lleva a preguntarnos si no sería posible que el espacio se deforme y de algún modo produzca una conexión entre regiones distantes que nos permita viajar rápidamente.

Uno puede imaginarse un espacio-tiempo con esta forma. Sin embargo, la teoría de Einstein no permite cualquier espacio-tiempo. Su geometría debe satisfacer una ecuación que nos dice que la curvatura es proporcional a la densidad de energía de la materia.

Outlander. En esta serie, la posibilidad de ir al pasado o al futuro tiene que ver con los genes. Foto: Archivo Clarín.

Outlander. En esta serie, la posibilidad de ir al pasado o al futuro tiene que ver con los genes. Foto: Archivo Clarín.

A primera vista, esto nos diría cómo construir un “túnel”. Uno comienza con la forma del túnel que quiere hacer, calcula la curvatura y esto nos da una densidad de energía. ¿Podríamos generar una distribución de materia con esta densidad de energía?

El problema es que, en el caso de un “túnel”, la densidad de energía debería ser negativa. Esto es imposible en la física clásica. Sin embargo, pequeñas densidades de energía negativas son posibles en la física cuántica. Y esto ha llevado a mucha gente a especular que serían posibles después de todo.

Pero, ¿son estos pequeños efectos cuánticos suficientes para generar un “túnel”? La respuesta es interesante. Sí son suficientes para generar un túnel, pero sólo túneles que no nos permiten viajar más rápido que la luz. En otras palabras, si mandamos una señal a través de este túnel, la señal llegaría a su destino después que otra que mandáramos por afuera, sin pasar por el túnel.

Esas configuraciones son posibles con los principios generales de la física, de la relatividad, el espacio tiempo y la mecánica cuántica. Con los detalles específicos de las leyes de la física que conocemos hoy en día, sólo se ha podido imaginar túneles muy pequeños, separados por distancias microscópicas.

Debo aclarar que son una configuración teóricamente posible, pero probablemente muy, pero muy, difícil de construir en la realidad. Y además de difícil de construir, no serviría para nada útil.

Recordemos que en el Universo hay por lo menos otro tipo de materia de la que conocemos: la materia oscura. Esta también debería obedecer los principios de la física y moverse a menor velocidad que la de la luz.

Uno puede imaginarse un tipo especial de materia oscura que permitiría hacer túneles más grandes. Es un tipo de materia consistente con los principios generales de la física pero que muy probablemente no exista en nuestro Universo.

Como un ejercicio de ciencia ficción, nos vamos a imaginar que existe y nos vamos a preguntar cómo sería un túnel de este tipo que nosotros podamos atravesar. A primera vista pensaríamos que este túnel necesitaría ser un poco más grande que el tamaño de una persona.

Los visitantes. En esta serie, el mundo recibe la visita de personas que vienen de otras épocas. ¿Cómo viajan? Foto: Archivo Clarín.

Los visitantes. En esta serie, el mundo recibe la visita de personas que vienen de otras épocas. ¿Cómo viajan? Foto: Archivo Clarín.

Los riesgos

Sin embargo, en ese caso, la geometría tendría una curvatura tan grande que nos destrozaría al atravesarlo. Lo que ocurre es que, cuando el espacio-tiempo tiene curvatura, nuestros pies y nuestra cabeza querrían seguir distintas trayectorias, y eso provocaría una fuerza que nos arrancaría los pies o la cabeza, una situación no muy feliz.

Este tipo de fuerzas son parecidas a las fuerzas que causan las mareas en la Tierra, pero serían mucho más grandes. Así que la entrada del túnel debe ser mucho más grande para que podamos sobrevivir: debería ser tan grande como la Tierra entera.

Uno podría tener la entrada en el Sistema Solar y la salida en una región distante de la galaxia. Al entrar, uno sentiría que cae libremente, como flotando en el espacio, como los astronautas en la Estación Espacial. Luego de un instante, menos de unos segundos, uno sentiría que emerge en el otro lado. Sin embargo, para alguien que nos observa de afuera, habrían pasado miles de años.

¿Por qué tanta diferencia? Es por dos causas, primero que hay una gran deformación del correr del tiempo en el interior del túnel, como ocurre con la gran gravedad del planeta de Interestelar. Segundo, al caer, el viajero se mueve muy rápidamente y eso también hace que el tiempo pase más despacio. En este viaje, como en el anterior, si te encontrás con un grano de polvo no contás la historia.

En conclusión, no se puede viajar hacia atrás en el tiempo, o a velocidades mayores a la de la luz. Hay maneras de viajar al futuro, pero tienen muchos problemas prácticos. Puede haber conexiones o túneles en la estructura del espacio-tiempo, pero serían microscópicas, con las leyes conocidas.

Aun en el caso más favorable, donde postulamos un tipo muy exótico de materia oscura, son configuraciones que no nos permiten viajar más rápido que la luz. Así que si alguien les quiere vender un viaje en el tiempo, no lo compren…