En física, un forat de cuc, també conegut com un pont d'Einstein-Rosen i en males traduccions espanyoles "forat de cuc", és una hipotètica característica topològica d'un espai-temps, descrita per les equacions de la relativitat general, la qual és essencialment una "drecera" a través de l'espai i el temps. Un forat de cuc té almenys dos extrems, connectats a una única "gola", podent desplaçar-se la matèria d'un extrem a un altre passant a través d'aquesta. Fins avui no s'ha trobat cap evidència que l'espai-temps conegut contingui estructures d'aquest tipus, de manera que en l'actualitat són només una possibilitat teòrica.
El primer científic a advertir de l'existència de forats de cucs va ser Albert Wesker el 1916. En aquest sentit, la hipòtesi del forat de cuc és una actualització de la vuitcentista teoria d'una quarta dimensió espacial que suposava, per exemple, donat un cos toroïdal (és un cos en forma de donut que gira al voltant d’una recta exterior coplariana, amb la que no s’interseca) en el qual es podien trobar les tres dimensions espacials comunament perceptibles, una quarta dimensió espacial que abreugés les distàncies, i així els temps de viatge. Aquesta noció inicial va ser plasmada més científicament en 1921 pel matemàtic Hermann Weyl en connexió amb les seves anàlisis de la massa en termes de l'energia d'un camp electromagnètic.
En l'actualitat la teoria de cordes admet l'existència de més de 3 dimensions espacials (veure hiperespai), però les altres dimensions espacials estarien contractades o compactades a escales subatòmiques (segons la teoria de Kaluza-Klein) pel que sembla molt difícil (es podria dir "impossible") aprofitar tals dimensions espacials "extres" per a viatges en l'espai i en el temps.
-Els forats de cuc de l'intra-univers connecten una posició d'un univers amb una altra posició del mateix univers en un temps diferent. Un forat de cuc hauria de poder connectar posicions distants en l'univers per plegaments espai-temporals, permetent viatjar entre elles en menor temps del que prendria fer el viatge a través d'espai normal.
-Els forats de cuc de l'inter-univers associen un univers amb un altre diferent i són denominats forats de cuc de Schwarzschild. Això ens permet especular si tals forats de cuc podrien usar-se per viatjar d'un univers a un altre paral·lel. Una altra aplicació d'un forat de cuc podria ser el viatge en el temps. En aquest cas seria una drecera per anar d'un punt espaciotemporal a un altre diferent. En la teoria de cordes un forat de cuc és visualitzat com la connexió entre dues D-branas, on les boques estan associades a les branas i connectades per un tub de flux. Es creu que els forats de cuc són una part de l'escuma quàntica o espaciotemporal.
-Els forats de cuc de Lorentz, coneguts com forats de cuc de Schwarzschild, són nexes que uneixen àrees d'espai que poden ser modelades com a solucions de buit en les equacions de camp d'Einstein, per unió d'un model d'un forat negre i un model d'un forat blanc. Aquesta solució va ser trobada per Albert Einstein i el seu col·lega Nathan Rosen, que va publicar primer el resultat en 1935. No obstant això, el 1962, John A. Wheeler i Robert W. Fuller van publicar un article demostrant que aquest tipus de forat de cuc és inestable, i es desintegraria instantàniament tan aviat com es formés.
-Abans que els problemes d'estabilitat dels forats de cuc de Schwarzschild es fessin evidents, es va proposar que els quàsars podien ser forats blancs, formant així les zones terminals dels forats de cuc d'aquest tipus, però investigacions més recents descarten als quàsars com equiparables als forats blancs.
-Abans que els problemes d'estabilitat dels forats de cuc de Schwarzschild es fessin evidents, es va proposar que els quàsars podien ser forats blancs, formant així les zones terminals dels forats de cuc d'aquest tipus, però investigacions més recents descarten als quàsars com equiparables als forats blancs.
Mentre els forats de cuc de Schwarzschild no siguin travessats, la seva existència va inspirar Kip Thorne a imaginar forats de cuc travessats creats per la subjecció de la "gola" d'un forat de cuc de Schwarzschild obert amb matèria exòtica (matèria que té massa / energia negativa).
-La definició topològica del forat de cuc no és intuïtiva. Es diu que en una regió compacta (finita) del espai-temps hi ha un forat de cuc quan el seu conjunt frontera (conjunt de punts en una frontera) és topològicament comú però l'interior no és simplement connex (un conjunt connex és quan qualsevol contorn, corva tancada, es pot transformar per homotopia (per deformació d’un dins l’altre. Caracteritzar forats de cuc de l'inter-univers és més difícil. Per exemple, podem imaginar un univers "nounat" connectat al seu "univers progenitor" per un "melic" estret. Es podria considerar el melic com la gola d'un forat de cuc, per la qual l'espai-temps està connectat.
-Se sap que els forats de cuc de Lorentz són possibles dins de la relativitat general, però la possibilitat física d'aquestes solucions és incerta. Fins i tot, es desconeix si la teoria de la gravetat quàntica que s'obté en condensar la relativitat general amb la mecànica quàntica, permetria l'existència d'aquests fenòmens. La majoria de les solucions conegudes de la relativitat general que permeten l'existència de forats de cuc travessats requereixen l'existència de matèria estranya, una substància teòrica que té densitat negativa d'energia. No obstant això, no ha estat matemàticament provat que aquest sigui un requisit absolut per a aquest tipus forats de cuc travessats, ni ha estat establert que la matèria exòtica no pugui existir.
- Un forat de cuc podria permetre, en teoria, el viatge en el temps. Això es podria dur a terme accelerant l'extrem final d'un forat de cuc a una velocitat relativament alta respecte del seu altre extrem. La dilatació de temps relativista resultaria en una boca del forat de cuc accelerada envellint més lentament que la boca estacionària, vist per un observador extern, de forma semblant al que s'observa en la paradoxa dels bessons. No obstant això, el temps passa diferent a través del forat de cuc respecte de l'exterior, de manera que, els rellotges sincronitzats en cada boca romandran sincronitzats per a algú viatjant a través del forat de cuc, sense importar quant es moguin les boques. Això vol dir que qualsevol cosa que entri per la boca accelerada del forat de cuc podria sortir per la boca estacionària en un punt temporal anterior al de la seva entrada si la dilatació de temps ha estat suficient.
Per exemple, suposem que dos rellotges a les dues boques mostren l'any 2000 abans d'accelerar una de les boques i, al accelerar una de les boques fins a velocitats properes a la de la llum, ajuntem ambdues boques quan en la boca accelerada el rellotge marca l' any 2010 i en la boca estacionària marca l'any 2005. D'aquesta forma, un viatger que entrés per la boca accelerada en aquest moment sortiria per la boca estacionària quan el seu rellotge també marqués l'any 2005, a la mateixa regió de l'espai però cinc anys en el passat. Tal configuració de forats de cuc permetria a una partícula de la Línia d'univers de l'espai-temps formar un circuit espai-temporal tancat, conegut com corba tancada de tipus temps (és a dir que, aquesta partícula, pot tornar al lloc del que va partir en l’espai). El curs a través d'un forat de cuc a través d'una corba tancada de tipus temps fa que un forat de cuc tingui característiques de buit temporal.
Es considera, però, que és pràcticament impossible convertir un forat de cuc en una "màquina del temps" d'aquesta manera. Alguns anàlisis, usant aproximacions semiclàssiques que incorporen efectes quàntics en la relativitat general, assenyalen que una retroalimentació de partícules virtuals (partícules que es desintegren als instants de crear-se) circularien a través del forat de cuc amb una intensitat en continu augment, destruint-lo abans de que qualsevol informació el pogués travessar, d'acord amb el que postula la conjectura de protecció cronològica. Això ha estat posat en dubte, suggerint que la radiació es dispersaria després de viatjar a través del forat de cuc, impedint així la seva acumulació infinita. Kip S. Thorne manté un debat sobre això en el seu llibre Forats negres i temps. També s'ha descrit el denominat Anell Romà,
Per exemple, suposem que dos rellotges a les dues boques mostren l'any 2000 abans d'accelerar una de les boques i, al accelerar una de les boques fins a velocitats properes a la de la llum, ajuntem ambdues boques quan en la boca accelerada el rellotge marca l' any 2010 i en la boca estacionària marca l'any 2005. D'aquesta forma, un viatger que entrés per la boca accelerada en aquest moment sortiria per la boca estacionària quan el seu rellotge també marqués l'any 2005, a la mateixa regió de l'espai però cinc anys en el passat. Tal configuració de forats de cuc permetria a una partícula de la Línia d'univers de l'espai-temps formar un circuit espai-temporal tancat, conegut com corba tancada de tipus temps (és a dir que, aquesta partícula, pot tornar al lloc del que va partir en l’espai). El curs a través d'un forat de cuc a través d'una corba tancada de tipus temps fa que un forat de cuc tingui característiques de buit temporal.
Es considera, però, que és pràcticament impossible convertir un forat de cuc en una "màquina del temps" d'aquesta manera. Alguns anàlisis, usant aproximacions semiclàssiques que incorporen efectes quàntics en la relativitat general, assenyalen que una retroalimentació de partícules virtuals (partícules que es desintegren als instants de crear-se) circularien a través del forat de cuc amb una intensitat en continu augment, destruint-lo abans de que qualsevol informació el pogués travessar, d'acord amb el que postula la conjectura de protecció cronològica. Això ha estat posat en dubte, suggerint que la radiació es dispersaria després de viatjar a través del forat de cuc, impedint així la seva acumulació infinita. Kip S. Thorne manté un debat sobre això en el seu llibre Forats negres i temps. També s'ha descrit el denominat Anell Romà,
una configuració formada per més d'un forat de cuc. Aquest anell sembla permetre una línia de temps tancada amb forats de cuc estables quan és analitzat sota el prisma de la gravetat semiclàsica, però sense una teoria completa de la gravetat quàntica encara no es pot saber si aquesta aproximació semiclàsica és aplicable en aquest cas.
La relativitat especial només té aplicació localment. Els forats de cuc (si en efecte existissin) permetrien, teòricament, el viatge superlluminal (més ràpid que la llum) assegurant que la velocitat de la llum no és excedida localment en cap moment. Al viatjar a través d'un forat de cuc, les velocitats són sublluminales (per sota de la velocitat de la llum). Si dos punts estan connectats per un forat de cuc, el temps que es triga a travessar-lo seria menor que el temps que triga un raig de llum a fer el viatge per l'exterior del forat de cuc. No obstant això, un raig de llum viatjant a través del forat de cuc sempre atraparia al viatger. A manera d'analogia, rodejar una muntanya pel costat fins al costat oposat a la màxima velocitat, pot prendre més temps que creuar per sota de la muntanya a través d'un túnel a menor velocitat, ja que el recorregut és més curt.
No hay comentarios:
Publicar un comentario