Conciencia y libertad de elección

Fragmento de la película "Ex-Machina" de Alex Garland:

Paradoja de Fermi

Interesantes vídeos y muy ilustrativos acerca de la Paradoja de Fermi sobre la aparente ausencia de señales de posibles civilizaciones de alienígenas:

Parte 1

 


 Parte 2

 

Debate entre el biólogo Richard Dawkins y el cardenal George Pell

Curioso cuando le pregunta al cardenal acerca de la "inyección" del alma en el cuerpo humano. Tanta teología, tanta filosofía y demás y aún no hay ninguno que explique (ni siquiera que sea coherente con otros) de forma clara su postura acerca de qué es el alma y cómo se "conecta" con el cerebro.

Según algunos el alma es la conciencia o la inteligencia y en definitiva la capacidad de ser libre, es decir, de tener libertad de elección (y elegir entre el bien o el mal, a consecuencia de lo cual, uno será juzgado en su muerte). Sin embargo, para el cardenal, el alma es el "principio de vida", por lo que cualquier ser vivo tendría alma (aunque matiza que la del hombre sería más "sofisticada").

Convendría que se pusieran de acuerdo unos y otros (me refiero a los teólogos y religiosos en general) e intentar integrar el concepto de alma con los conocimientos modernos de la ciencia, no solo ya en términos evolutivos (es decir, en qué momento de la evolución, el ser humano "adquiere" alma), sino también en términos del desarrollo de un bebé humano. ¿En qué momento adquiere alma un ser humano?, ¿desde que se forma el zigoto tras la fecundación?, ¿en alguna fase del desarrollo embrionario?, ¿en el nacimiento?. Ahí dejo la cuestión

Ciencia y Dogma

Enlace original: 
http://reflexionesenelinsomnio.blogspot.com.es/2012/11/ciencia-y-dogma.html

¿Es cierto que la ciencia tiene dogmas? ¿Es la ciencia dogmática? ¿Es otro tipo de religión? Para responder a estas preguntas vamos a tener que ver cómo funciona la ciencia, cuál es su método. Y su método es bastante sencillo: veo un fenómeno, elaboro una hipótesis a la que llamaré de trabajo, diseño un experimento que corrobore tal hipótesis, realizo el experimento y analizo estadísticamente los resultados del mismo para, finalmente, aceptar o rechazar la hipótesis de trabajo. Aquí hay que remarcar dos cosas: primero, la hipótesis de trabajo debe ser falsable, es decir, se tiene que poder diseñar un experimento científico que sirva para validar o rechazar la hipótesis. Segundo, el experimento tiene que ser repetible por cualquier persona en cualquier lugar. Una vez que hemos hecho el análisis estadístico y hemos validado o rechazado la hipótesis ¿podemos decir que hemos alcanzado la verdad absoluta? ¿Podemos decir que lo que hemos dado por bueno o malo "va a misa"?

Los resultados estadísticos de un experimento científico tienen lo que se denomina un nivel de significación que podemos definir como la probabilidad de que fallemos al validar una hipótesis. Un valor típico de nivel de confianza es del 95% y nos viene a decir que el 95% de las veces que validamos la hipótesis, ésta es ciertamente válida (en medicina, por poner un ejemplo, se usan niveles más altos ya que hay vidas en juego). ¿Y qué pasa con el otro 5%? Ese 5% representa las veces que nuestra hipótesis falla. ¿Y por qué falla? Esos fallos pueden ser debidos al azar (errores en la instrumentación, en la recogida de muestras, en las medidas...) o pueden ser debidos al error muestral. El error muestral es la consecuencia de tener unos medios limitados para validar o rechazar una hipótesis, y son fruto del propio sistema filosófico de la ciencia: la inducción. Pero veamos un poco más detenidamente que es el error muestral y la inducción. 

Hablemos de patos. Supongamos que tenemos al lado de nuestro laboratorio un lago con patos, y desde nuestra ventana sólo podemos ver una parte del lago en la que hay patos blancos. Uno podría pensar que todos los patos son blancos. Así que diseñamos un experimento: ver los patos que hay y sus colores. Nos sentamos y nos ponemos a contar los patos que aparecen y su color. Al final del día nos encontramos que todos los patos que hemos visto son blancos. Esto valida nuestra hipótesis. Sin embargo ¿podemos decir como una verdad absoluta e incuestionable que todos los patos del mundo son blancos? La respuesta es no. Lo que decimos es que nuestra hipótesis de trabajo (todos los patos son blancos) es válida con un 95% de confianza. Hay que fijarse bien en las palabras: ni es cierta, ni es verdad. Es válida. ¿Por qué? Porque nosotros hemos analizado sólo una pequeña muestra de la población, es decir, sólo hemos estado observando un pequeño trozo de uno de los cientos de lagos que hay en el planeta. Eso quiere decir que invariablemente estamos cometiendo lo que se llama un error muestral. Cuando uno analiza varias muestras pequeñas de una gran población observa que hay variaciones en los resultados entre las muestras. Eso es el error muestral y puede ser eliminado analizando la población entera. 

Sin embargo, en ciencia no se suelen tener los medios necesarios (generalmente económicos) para poder analizar la totalidad de la población y lo que se hace es tomar una muestra aleatoria y representativa de la misma. Una analogía de esto son las encuestas a pie de calle. Una persona no puede encuestar en un plazo de una semana a los 50 millones de personas que viven en un país. Así que lo que hace es encuestar a un número reducido de todos los sexos, edades y estratos sociales y con ello puede hacerse una idea de lo que sucede en el población completa. En ciencia nos encontramos con el mismo problema: no tenemos los medios físicos y/o económicos para poder analizar la población entera, así que tomamos una muestra de la misma y con lo que sucede en ella extrapolamos a la población completa. A esto se le llama inducción. Y la inducción presenta un problema. 

Clásicamente, la inducción consiste en que a partir de hechos particulares obtenemos conclusiones generales. Es decir, a partir de muestras pequeñas de una población decimos qué sucede en la totalidad de la población. Si volvemos a nuestro lago con patos, lo que estamos haciendo es que a partir de lo que hemos visto en un pequeño trozo del lago lo extrapolamos a lo que sucede en todos los lagos del mundo. Esto genera el llamado problema de la inducción, porque si en el trozo de lago que no vemos (o en otro lago del mundo) hay un pato negro, nuestra hipótesis de trabajo queda refutada. ¿Significa esto que los resultados de la ciencia no sirven? En absoluto. Mira a tu alrededor: todo lo que ves es producto de la ciencia: desde la pantalla en la que lees esto, pasando por la mesa, las paredes, la ropa que llevas puesta... Hasta el agua que bebes está ahí gracias a la depuración de la misma, que de nuevo es producto de la ciencia. Entonces ¿el problema de la inducción es verdaderamente un problema? La respuesta es no: el pato negro no echa por tierra el conocimiento científico, sino que nos proporciona más. 

Ese pato negro ha rechazado nuestra hipótesis de trabajo. No pasa nada. Sabíamos que podía pasar, porque acumulamos un error muestral, un error inductivo. Así que no se acaba el mundo por esto. Simplemente hemos conseguido un nuevo conocimiento: todos los patos NO son blancos. Y esto nos abre la puerta a investigar nuevas opciones: ¿cuántos patos negros habrá? ¿Los habrá de otros colores? ¿Tiene que ver el sexo del pato con su color? ¿Y la temperatura del ambiente? El problema de la inducción tiene varias consecuencias: la primera y más obvia es que toda hipótesis de trabajo que hoy es válida, mañana puede dejar de serlo (y viceversa, si hoy no es válida, mañana puede que lo sea). La segunda es que la hipótesis de trabajo que hoy es válida, lo es con una probabilidad estadística (lo que hablábamos antes del 95%). Y la tercera que todo conocimiento científico aspira no a ser una verdad absoluta, o una certeza del 100%, sino a ser válido en determinadas circunstancias y hasta que se demuestre lo contrario. 

¿Pueden existir los dogmas en ciencia? La realidad es que no. La ciencia, el conocimiento científico, no puede ser dogmático porque su propia base, su propio método, incluye un error muestral, un error inductivo, del que es consciente todo científico y por el cual sabe que todo lo que es válido hoy, puede no serlo mañana. Puede haber científicos dogmáticos, por supuesto, a fin de cuentas todos son personas, pero no podemos olvidar que las personas no son ciencia ni conocimiento científico. Las personas van y vienen, pero la ciencia se acumula, se mantiene, cambia, se vuelve a cambiar, se sigue acumulando, se revisa, se vuelve a revisar, se cambia de nuevo... y todo en base a nuevas pruebas, nuevos experimentos, nuevos conocimientos, nueva tecnología... 

Las religiones en cambio se basan en textos elevados a la categoría de verdad absoluta, indubitable, con una antigüedad a sus espaldas de al menos mil años, y sin ninguna intención de cambiar dichos de textos para acomodarse a la realidad, o cuanto menos para eliminar las flagrantes contradicciones presentes en los mismos. Las religiones, como los malos periodistas, no permiten que la realidad estropee su negocio. Para concluir (y parafraseando un poco a Tim Minchin), si venías buscando la explicación definitiva de por qué la ciencia es una religión, o te has sentido ofendido por lo que he comentado sobre las religiones, piensa que podríamos retroceder diez minutos atrás en el tiempo y habría la misma posibilidad de que cambiaras de opinión.

Escala de Kardashov

O de Kardashev, según se encuentre por internet. En Wikipedia es Kardashov:

http://es.wikipedia.org/wiki/Escala_de_Kardashov

Según se puede leer en la Wiki, es una escala propuesta por un astrofísico ruso para medir el desarrollo tecnológico de una civilización (extraterrestre o no). Dentro de esta escala se han hecho famosas 3 categorías según el grado de aprovechamiento de la energía disponible.

Este post viene motivado por el artículo anterior sobre la huida de la humanidad del planeta Tierra en caso de que ésta se volviese hostil hacia el ser humano (ya sea debido a nuestra propia contaminación o debido a causas externas). Mientras escribía el artículo se me vino a la mente la idea de que es bastante posible que cualquier otra civilización de nuestro universo ya haya tenido que huir de su propio planeta y de la posibilidad de que una civilización pueda expandirse por toda su galaxia.

Esta idea es incluso astronómicamente interesante, ya que el espectro de una galaxia puede ser fácilmente recogido por telescopios de aficionados (por telescopios profesionales ya ni te cuento) por lo que si una hipotética civilización extraterrestre ha logrado llegar al tipo III probablemente dejaría una huella espectral en su galaxia que sería posible observar.

No creo que haga falta decir que aún no se ha observado nada inusual en ninguna de las galaxias observadas (y son unas cuantas), pero la idea no deja de ser atractiva.

De todos modos, hagamos un repaso de los tipos de civilizaciones y de sus problemáticas.

Tipo I - Según la Wikipedia "Una civilización que es capaz de aprovechar toda la potencia disponible en un único planeta, aproximadamente 10^16 W. La cifra puede ser bastante variable; la Tierra tiene una energía disponible de 1,74×10^17 W. La definición original de Kardashov era de 4×10^12 W. (Kardashov definió originalmente el Tipo I como "el nivel tecnológico cercano al nivel presente hoy en día en la Tierra", con "hoy en día" refiriéndose a 1964)".

Según el propio Kardashov, este tipo es más o menos el tipo de nuestra civilización, aunque en un ideal en el que fueramos lo más eficientemente posible en el aprovechamiento de la energía (reciclaje, etc). Con el tipo de tecnología disponible actualmente es perfectamente posible lograrlo, otra cosa es si las diferentes ideologías políticas, religiosas, etc, nos permitieran hacerlo.

Creo que las civilizaciones de Tipo I deben de ser un fenómeno bastante común en el universo (estoy hablando a escala del universo entero, cuyas dimensiones nos son completamente desconocidas). Incluso sólo a nivel de nuestra propia galaxia, la probabilidad de que existan no es tampoco 0. Por lo tanto cabría preguntarse si sería posible en un futuro próximo detectar civilizaciones de este tipo.
Habida cuenta del cambio a nivel planetario que supone la proliferación de una civilización como la nuestra, sólo sería necesario un análisis espectroscópico detallado de la atmósfera de un planeta (se capta el espectro de la estrella y luego el espectro de luz reflejada por el planeta y se sustraen, las diferencias indicarían compuestos químicos absorbidos o emitidos por la atmósfera del planeta), junto con datos fotométricos de pequeñas variaciones de luz (debido a ciudades que se encienden en períodos nocturnos) para deducir que en un planeta determinado pudiera existir una civilización avanzada.

Tipo II - "Una civilización que es capaz de aprovechar toda la potencia disponible de una única estrella, aproximadamente 10^26 W. De nuevo, la cifra puede ser variable; el Sol emite aproximadamente 3,86×10^26 W. La cifra que daba Kardashov era de 4×10^26 W."

Este tipo de civilización ya supone un salto tecnológico bastante importante. En este sentido, en la literatura de ciencia ficción son famosas las esferas de Dyson (como la imagen de portada).

Un artefacto tecnológico como una esfera de Dyson es un reto bestial. Estamos hablando de una estructura artificial que rodee a una estrella dejando una distancia de varios millones de kilómetros (puede que incluso 1UA, dependiendo de la resistencia del material a las temperaturas). Un sencillo cálculo nos muestra que la masa de una esfera de Dyson de 10 millones de kilómetros de radio, con un espesor de al menos 100 metros y con una densidad parecida a la de los metales (al menos 10 g/cm^3, tirando por lo bajo) es de unas 200 veces la masa de la Tierra. No hay metal suficiente en el sistema solar como para construir un artefacto de este tipo, por no hablar del tiempo material y el coste económico que supondría. 

Más que una esfera, que pudiese captar el 100% de la radiación solar, estaríamos hablando de "enjambre de Dyson", pero obviamente, no se podría aprovechar totalmente la energía del Sol. Aún así, se captaría una fracción significativa de energía que podría sufragar, con creces, el gasto energético de una hipotética expansión de la civilización por el sistema solar.

En cualquier caso, una expansión de la civilización en su propio sistema solar implicaría la creación de naves-ciudades coloniales con sus propios sistemas de captación de energía solar, ya que, aparte de captar la energía mediante un artefacto de Dyson, habría que transportarla de alguna forma a las colonias. Por el contrario, si cada nave-ciudad o colonia dispone de sus propios paneles solares dispondría de energía por sí misma sin depender de un artefacto de Dyson. No veo, por lo tanto, justificada la creación de artefactos de este tipo.

Con artefactos de Dyson o sin ellos, una civilización de Tipo II (entendiéndose ésta como un conjunto de colonias espaciales alojadas a lo largo y ancho de todo un sistema solar), no sólo lo veo plausible, sino que sería la única esperanza real y físicamente factible de sobrevivir a una posible catástrofe planetaria. En términos generales y aplicados al universo en su totalidad, la existencia de civilizaciones de tipo II no solo es posible, sino que creo que es prácticamente inevitable.

Tipo III - "Una civilización que es capaz de aprovechar toda la potencia disponible de una sola galaxia, aproximadamente 10^37 W. Esta cifra es extremadamente variable, ya que las galaxias tienen un rango de tamaños muy amplio. La cifra original de Kardashov fue de 4×10^37 W."

Si el salto del tipo I al tipo II es grande, el sato del tipo II al III ya es demencial.

Supone la expansión de la civilización por toda su galaxia.

Obviamente, a velocidad sub-luz es prácticamente imposible la colonización de una galaxia. No solo el tiempo de los viajes entre los sistemas es absurdamente grande (cientos o miles de años), sino que las comunicaciones serían completamente imposibles a menos que se dispusiese de un sistema de comunicación por entrelazamiento cuántico, lo cual ya de por sí es un reto tecnológico.

Este tipo de civilizaciones, por lo tanto, dependen de tecnologías que usan una física, hoy por hoy, completamente hipotética: la de los agujeros de gusano.

Incluso aunque se dispusiera de dicha tecnología, ¿que lapso de tiempo le llevaría a una civilización de Tipo II convertirse en una de tipo III?. Habida cuenta de que una galaxia típica se compone de cientos de miles de millones de sistemas estelares, ¿nos llevaría siglos?, ¿milenios?, ¿millones de años?. Creo que la escala de una galaxia es demasiado grotesca como para pensar siquiera que una civilización como la humana pueda llegar a extenderse como un imperio galáctico.

De todos modos, como dije al principio, resulta interesante explorar la posibilidad de la existencia de civilizaciones de tipo III en el universo. ¿Podrían detectarse?.
Como dijimos en el caso de civilizaciones de tipo I, una civilización de este tipo debería dejar una huella en el planeta captable y medible por instrumentos espectroscópicos (cambios en la composición atmosférica, en la emisión de luz debido a las ciudades, emisiones electromagnéticas debido a las comunicaciones, etc). Si una civilización de tipo III se extiende por toda una galaxia ¿podría dejar una huella en el espectro de radiación de la galaxia?.
No cabe duda de que encontrar una galaxia con emisiones de luz correspondientes a una civilización de tipo III sería un hito en la historia de la ciencia, no solo al comprobar que existen este tipo de civilizaciones, sino también por comprobar que la tecnología de agujeros de gusano (o similar en el sentido de burlar el espacio-tiempo de alguna manera para superar la restricción de la velocidad de la luz) no solo es posible sino que ya se estaría utilizando.

De momento, la física detrás de los viajes interestelares a través de agujeros de gusano es completamente hipotética y sin ninguna prueba física, por lo que no hay ninguna razón, con sentido físico, para suponer que puedan existir civilizaciones de tipo III.
En mi opinión, creo que las civilizaciones de Tipo III no existen en realidad, y lo máximo que puede aspirar cualquier civilización tecnológicamente avanzada es a convertirse en una de Tipo II y expandirse como mucho dentro de su propio sistema solar, lo cual ya de por sí es un reto tecnológico importante.

Si la Tierra se muere, ¿será el viaje interestelar nuestra salvación?

Esta entrada viene a cuenta del siguiente enlace:

http://www.iflscience.com/space/if-earth-falls-will-interstellar-space-travel-be-our-salvation

Una interesante reflexión del futuro de la humanidad en caso de que la Tierra se vuelva inhabitable.

Trata los típicos temas que suelen salir cuando se habla de este asunto: desde los viajes interestelares a través de agujeros de gusano, hasta la terraformación de planetas.

Obviamente, suscribo todas y cada una de las opiniones que el autor indica en el artículo, pero hagamos un breve repaso de ellas:

Viajes interestelares

Viajar a otras estrellas en busca de planetas habitables por el ser humano es, hoy por hoy, fantasía (yo ni siquiera lo catalogaría de ciencia ficción). Requiere de unas hipótesis muy radicales y una física demasiado hipotética (crear y mantener agujeros de gusano, utilizar agujeros de gusano naturales ya existentes cuyas aperturas estén milagrosamente cerca de los sistemas estelares necesarios, el viaje superlumínico, etc).

El viaje interestelar a velocidad sub-luz es demasiado lento, se tardarían generaciones enteras (cientos, o miles de generaciones) en viajar siquiera a estrellas cercanas con planetas habitables. Para cuando llegáramos a nuestro destino, ya nos habríamos habituado tanto a vivir en el espacio, que ni nos acordaríamos de lo que era vivir en un planeta (y puede que ni quisiéramos).

Terraformación

La idea consiste básicamente en transformar un planeta de forma que, aunque no sea habitable a priori, consiga serlo con las transformaciones adecuadas.

Teniendo en cuenta que la Tierra tardó unos 3000 millones de años en tener un aspecto siquiera reconocible o parecido al que tiene ahora, no cabe duda de que alterar químicamente una atmósfera planetaria  de forma que tenga las propiedades adecuadas, incluso con una tecnología muy avanzada, es algo que tardaría demasiado tiempo (pongámonos optimistas y supongamos que pueda conseguirse en unos pocos millones de años). La historia humana se remonta a unos pocos miles de años, un lapso de tiempo de millones de años es un período de tiempo inconcebiblemente largo en la que la en la civilización puede pasar de todo.

Incluso aunque fuera técnicamente posible, aún así no valdría cualquier planeta para terraformarlo.

Ultimamente se ha hablado  mucho de terraformar Marte, pero Marte carece de varias características vitales para parecerse siquiera a la Tierra: Tiene una masa muy inferior, lo que hace que la gravedad en su superficie sea mucho menor, y, por otro lado, carece de tectónica debido a un núcleo inerte, por lo que carece de un mecanismo natural que aporte gases de efecto invernadero, y que forme un campo magnético que desvíe hacia los polos las emisiones de partículas de plasma del Sol.

Con ello Marte no nos serviría (y Venus mucho menos) por lo que habría que buscar fuera de nuestro sistema solar un planeta que terraformar, y si ya te tienes que ir fuera, pues ya buscas uno habitable en lugar de uno para terraformarlo, con lo que estamos en el apartado anterior.

Mundos artificiales

Esta es la única apuesta válida y científicamente razonable. Crear plataformas artificiales giratorias con sus propios sistemas de soporte vital.

La gravedad artificial puede conseguirse fácilmente mediante la rotación de la plataforma, pero aún así no cabe duda de que supondría un reto técnico muy importante poder tener una atmósfera respirable, que se recicle periódicamente, un sistema de reciclaje de residuos, paneles solares para la obtención de energía, y tecnología para extracción de recursos desde asteroides o cometas.

Una nave de este estilo, como la de la imagen de portada de este artículo, no tendría problemas en situarse en órbita alrededor de un cometa y desplegar sondas para recoger agua, o en asteroides para recoger metales o minerales. 

Inicialmente, la población de una nave de estas características no sería muy elevada, sólo unos cientos o miles de personas. Pero poco a poco, a modo de ciudades o incluso ciudades-estado, la humanidad podría ir fletando estas naves e ir construyendo un modelo de civilización cuyos habitantes aprendieran a vivir en el espacio, habituados a la gravedad artificial y a las restricciones de vivir en una estación.

Puede parecer incómodo al principio o agobiante, pero yo creo que poco a poco la humanidad se adaptaría, y acabaría por olvidar lo que era vivir anclado en un planeta.

Nota:

La imagen de portada está sacada de un juego al que estoy jugando últimamente: "Elite:Dangerous", que es un juego de naves espaciales pero que trata de recrear lo más científicamente posible nuestra galaxia, la Vía Láctea. Ya de entrada me pareció un acierto que las estaciones fueran de la forma correcta, es decir, que al menos tuviesen sistemas de anillos de gravedad artificial. El juego permite la exploración de hasta 400 mil millones de sistemas estelares (si, el número es correcto) con sus propios planetas y estaciones que han sido recreados usando información astronómica real y modernas teorías de formación planetaria.

No me cabe duda de que, si la humanidad tiene que emprender en el futuro una huida del planeta Tierra, la única forma real y físicamente factible, es la de empezar a habituarse a vivir en el espacio en estaciones similares.

Aquí os dejo un enlace a google con imágenes del juego:
https://www.google.es/search?q=elite+dangerous+space+stations&espv=2&biw=1147&bih=710&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=i7vIVNupH4SuU863gtAB&ved=0CCAQsAQ

Reciente investigación sugiere que puede haber un agujero de gusano supermasivo en el centro de nuestra galaxia

http://www.fromquarkstoquasars.com/new-paper-suggests-milky-way-home-massive-wormhole/

Básicamente viene a decir que existen modelos basados en las ecuaciones de Einstein que, gracias a la distribución de materia oscura en la Vía Láctea, podrían permitir la existencia de un agujero de gusano supermasivo en el centro de nuestra galaxia. Sin embargo hay un par de cosas que no me cuadran.

En anteriores entradas del blog ya he hablado bastante acerca de agujeros de gusano y de su problemática. En particular, uno de los mayores problemas que aparecen es el de la estabilidad. Los agujeros de gusano tienden a colapsarse y desaparecer por el simple efecto de la gravedad.

En el libro "Agujeros negros y tiempo curvo" (recomiendo encarecidamente su lectura), el autor, Kip Thorne, propone un mecanismo que podría estabilizar el colapso gravitatorio del agujero de gusano mediante "energía negativa", la cual ejercería un hipotético efecto repulsivo o "antigravedad" que pudiese equilibrar las fuerzas. Este nuevo estudio también se basa en esta idea: "these wormholes would be extremely unstable and would require enormous amounts of “negative energy” to remain open"

Sin embargo, cabe recordar que, que sepamos, la única fuente existente que podría proporcionar esta energía es el propio vacío (causante del efecto acelerado de la expansión del universo) mediante una entidad que se conoce como "Energía oscura". Esto no me cuadra con lo que se dice en el artículo ya que, sorprendentemente, se propone la "Materia oscura" como fuente de dicha energía: "according to the team at SISSA, large amounts of dark matter could provide this fuel" .

Una cosa es "Materia oscura", que es materia, solo que de un tipo aún desconocido, pero que ejerce un efecto positivo (no repulsivo sino atractivo) de gravedad y que es causante del famoso efecto de lente gravitatoria usado en astronomía para estudiar objetos distantes. Y otra muy distinta es la "Energía Oscura", que, como ya he comentado, es causante de la expansión acelerada del universo y, por lo tanto, la única fuente conocida de un efecto repulsivo de la gravedad.

La materia oscura también es conocida por ser la única explicación existente por el momento de las curiosas gráficas de las velocidades de rotación en las galaxias (en las que las velocidades de los objetos de la galaxia no disminuye a medida que aumenta la distancia al centro, como cabría esperar, sino que se muchas veces se mantienen constantes).

Aquí os dejo una imagen con las curvas de velocidades de rotación de muchas galaxias:

Los investigadores de este artículo, utilizan las gráficas de rotación de galaxias para deducir el mapa de materia oscura y utilizarlo en su modelo: "If we combine the map of the dark matter in the Milky Way with the most recent Big Bang model to explain the universe and we hypothesise the existence of space-time tunnels, what we get is that our galaxy could really contain one of these tunnels, and that the tunnel could even be the size of the galaxy itself".

Y aquí viene la otra parte que me mosquea "and we hypothesise the existence of space-time tunnels", es decir que se introducen los agujeros de gusano como una hipótesis en los que estos ya estaban presentes en el universo sin proponer ninguna explicación al respecto.

Osea, resumiendo, no entiendo porqué se relaciona materia oscura, con la estabilidad de los agujeros de gusano cuando no tienen nada que ver, y no se propone una explicación a la existencia o formación de estos agujeros de gusano, sino que su existencia se introduce como hipótesis de partida.

Agujeros de gusano

Buenas.

Ahora que se está tan de moda hablar de agujeros de gusano y demás gracias a la reciente película de Nolan "Interstellar", creo que no está de mas publicar un post resumiendo algunas ideas básicas de agujeros de gusano, los tipos que hay y sus pros y contras.

Pero para ello primero habría que hacer una introducción aunque sea pequeña de la idea básica de agujero negro y de las deformaciones del tejido del espacio-tiempo

Introducción

Hay mucha información en la web sobre agujeros negros, así que animo al lector a que acuda a otras fuentes mas extensas sobre este tema, ya que quizás la introducción que daré le resulte algo escueta.

La idea básica de agujero negro es la de una región esférica del espacio-tiempo en la que se acumula una cantidad suficiente de masa de forma que la luz no puede escapar desde dicha región.

Desde que en 1915, Einstein publicara su Teoría General de la Relatividad, se sabe que la masa deforma el tejido del espacio-tiempo de su alrededor, haciendo que las trayectorias de los objetos que pasan cerca se curven induciendo así el efecto de la gravedad (que no será más que la aceleración provocada por la curvatura del espacio) . De este modo, cualquier cuerpo o partícula (tenga masa o no) debe seguir una trayectoria curva que se ajusta a la curvatura del espacio-tiempo por donde circula.

Aplicando el concepto de curvatura del espacio al agujero negro, se obtiene el típico gráfico del embudo:

Hay que aclarar (por si hay alguien que aún no lo tenga claro), que esta curvatura del espacio no es algo que se pueda ver desde el espacio en sí, sino que es una representación 2D de la curvatura del espacio 3D. El eje z en el gráfico no correspondería a ninguna dimensión de nuestro espacio, sino que se incluye para poder representar la curvatura de una forma gráfica clara.

La singularidad en realidad no podría verse, ya que se situaría justo en el fondo del embudo, pero, teóricamente, desde las ecuaciones de la Relatividad General, el embudo no tiene fondo porque no hay nada que pueda parar el colapso gravitatorio (hay que aclarar también que esto es un concepto aproximado, para entender qué le pasa a un cuerpo en colapso gravitatorio cuando alcanza tamaños muy pequeños hay que lograr una unión total fructífera entre Mecánica Cuántica y Relatividad General, algo que no se ha logrado aún. De momento sólo tenemos aproximaciones o uniones parciales entre ambas).

Horizonte de sucesos

Como se puede ver en el gráfico, el horizonte de sucesos es una región que se forma durante el colapso gravitatorio de una estrella, que marca el momento en el que los rayos de luz no pueden escapar. En dicho momento es cuando se forma el agujero negro, y el horizonte de sucesos delimita su frontera. Posteriormente, la estrella continúa su colapso gravitatorio sin nada que pueda frenarlo, de forma que al final queda un punto matemático de tamaño cero y densidad infinita (singularidad), de ahí que la curvatura del espacio-tiempo también se haga infinita y el gráfico no tenga una punta del embudo definida.

Agujero negro-Agujero blanco

Bien, comencemos con los tipos diferentes de agujeros de gusano. El primer tipo quizás sea el tipo más clásico, en el que el embudo del tejido del espacio tiempo formado por un agujero negro se "comunica" con un embudo "invertido" de un hipotético agujero blanco:

La otra "cara" o "lámina" del gráfico puede ser o bien una parte distante de nuestro universo o incluso otro universo diferente. En el caso de que el agujero de gusano conecte dos partes de nuestro universo, el gráfico puede dibujarse así:

Aquí nos encontramos con el primer problema, y es que se requiere de la existencia de "agujeros blancos", que serían objetos que en lugar de atraer materia (gravedad positiva) la repeliesen en una especie de gravedad repulsiva desconocida hasta el momento. Esto es algo que no se ha observado nunca, y tampoco se deduce de ningún modelo cosmológico que pueda haber objetos que generen una gravedad repulsiva (la famosa energía oscura que provoca la expansión acelerada del universo sería una forma de gravedad repulsiva, pero hasta el momento, es algo que se tiene que introducir artificialmente en los modelos cosmológicos).

Otra posibilidad es que estos agujeros blancos sean en realidad agujeros negros invertidos temporalmente. Si tiramos de imaginación e intentamos visualizar cómo se comportaría un agujero negro si lo vemos como si fuera una película que se rebobina, veríamos que la gravedad sería repulsiva y que los objetos salen del agujero pero nunca entran. Pero claro, esto implicaría asumir que o bien el agujero de gusano conecta con un universo cuya flecha temporal está invertida, o bien que conecta con una región de nuestro universo que tenga esta inversión temporal. Lo primero prácticamente está en terreno filosófico y no es ciencia (por suponer, podemos suponer que hay miles de universos paralelos y demás historias ahí fuera. Empíricamente, sólo tenemos acceso a este universo y lo que no esté en este ni sea accesible por métodos empíricos, no es ciencia). Lo segundo (zonas de nuestro universo que tengan la flecha temporal invertida), es una asunción muy extrema y requiere de comprobaciones observacionales que no se han obtenido en ningún momento.

Aparte de estos inconvenientes, nos encontramos además que la "garganta" del agujero de gusano es inestable. Al estar surcado por fotones con muy alta energía (debido al enorme potencial gravitatorio), el cuello del agujero de gusano tiende siempre a cerrarse, por lo que es necesario incorporar una especie de "materia exótica" que ejerza una presión repulsiva que compense el colapso gravitatorio y mantenga estable el túnel. No se conoce ningún tipo de "material" que ejerza este tipo de presión, sin embargo se piensa que la energía del vacío y las fluctuaciones cuánticas (que a fin de cuentas producen supuestamente la energía oscura causante de la expansión acelerada del cosmos) podrían causar este tipo de efecto.

Topología del espacio-tiempo: agujeros de gusano primordiales

Otra posibilidad para los agujeros de gusano aparece si se consideran configuraciones "especiales" para la topología del espacio-tiempo. 

Normalmente, se suele representar el universo bien como una hiperesfera en 4 dimensiones (de curvatura positiva), es decir, una esfera con una superficie tridimensional (que es donde vivimos nosotros, en su superficie), bien como una superficie de silla de montar (curvatura negativa), o bien como un plano (curvatura nula):

Nuevamente, hay que tener en cuenta que la dimensión desde la que se observan estas formas realmente no existen o no tienen sentido físico. Nosotros no podemos ver el universo desde una dimensión superior, estamos atrapados en las superficies de estos objetos.

Sin embargo, existen topologías mucho más curiosas. Por ejemplo, lo que se conoce en matemáticas como un toroide:

¿A qué nos recuerda esta imágen?

Cabría pensar que la topología del universo no fuera tan sencilla como una hiperesfera más o menos lisa o una superficie de silla de montar, sino que tuviese túneles como el de un toroide. El toroide sería un ejemplo sencillo de universo con un solo agujero de gusano, pero podríamos imaginar topologías con muchos agujeros, o "Universos Gruyere". 

Si la topología se conserva a medida que el universo evoluciona, el universo conservaría su número de agujeros de gusano desde su nacimiento aunque este se expandiese (de ahí lo de primordiales), pero esto implicaría que no se podrían "crear" estos agujeros, sino que el universo tiene siempre el mismo número de agujeros. Si, por el contrario, la topología no se conserva, sería posible "rasgar" el espacio para crearlos, pero nada impediría que la gravedad o la propia expansión del espacio "alisara" y eliminara estos agujeros de gusano.

Si existieron en el pasado agujeros de gusano, aunque éstos desaparecieran con la expansión, podrían haber dejado una huella muy característica en la radiación de fondo de microondas. Sin embargo, hasta donde se sabe, esta radiación (emitida por el plasma caliente que inundaba el universo unos 300.000 años después del Big Bang) es muy uniforme por lo que se piensa que la topología del espacio en esa época era "suave" y sin irregularidades grandes como agujeros de gusano.

Por otro lado, los modelos cosmológicos actuales presuponen un universo isótropo y homogéneo a gran escala y, de momento, las observaciones apoyan esta hipótesis. Esto significa que su topología (o forma) es suave y no tiene cambios bruscos o deformaciones grandes, lo cual sería un indicativo de que no existen agujeros de gusano que atraviesen grandes cantidades de espacio, ya que supondría una deformación importante de la topología y tendría un efecto observable y medible en las posiciones y velocidades de los supercúmulos de galaxias.

Fluctuaciones cuánticas "Gigantes"

Este tipo de agujeros de gusano requiere primero refrescar un poco conceptos cuánticos.

Hablar de mecánica cuántica es muy complicado y difícil de entender. Quizás el concepto más importante en mecánica cuántica sea también el más abstracto y difícil de entender: El Principio de indeterminación de Heisenberg.

Una de las implicaciones de este principio, es que no puede existir el concepto de vacío en el espacio.

Implica que, si tomamos una región de espacio y quitamos todas las partículas hasta que ya no quede ninguna, aunque nos parezca que ya hemos logrado un vacío, no será así, ya que aún nos quedarían los valores de los campos electromagnético, gravitatorio, etc que hace que siempre exista una cantidad mínima de energía en dicho espacio vacío (energía del punto cero). Esta energía puede usarse para crear de forma espontánea pares de partículas-antipartículas virtuales (de vida muy corta), que rápidamente se aniquilan y devuelven la energía "prestada".

Las fluctuaciones del campo electromagnético implica la creación de fotones-antifotones (el fotón y el antifotón es la misma partícula y son indistinguibles). Del mismo modo, una aproximación cuántica de la gravedad implicaría la creación y aniquilación de pares de gravitones-antigravitones virtuales (el gravitón y el antigravitón también son iguales, en general, los bosones son sus propias antipartículas).

Sin embargo, las fluctuaciones de gravitones también se pueden considerar fluctuaciones de ondas gravitatorias (dualidad onda-corpúsculo), y las ondas gravitatorias son ondas de deformaciones del espacio-tiempo. Por lo que esta aproximación de la gravedad cuántica, permite representar las fluctuaciones del espacio-tiempo a pequeña escala de la siguiente manera:

Esta especie de "espuma cuántica" de espacio-tiempo permitiría la creación de agujeros de gusano microscópicos que sólo serían sondeables, en principio, por partículas elementales.

Sin embargo, ¿podría ampliarse o expandirse de forma natural (o artificial) una de estas fluctuaciones hasta una escala cosmológica?.

Si esta aproximación a la gravedad cuántica es correcta y estos agujeros de gusano son posibles y pueden expandirse hasta una escala cosmológica  (lo cual, ya de por sí, es mucho suponer), aún nos quedaría el problema de cómo evitar que la garganta del agujero de gusano se colapsase por efecto de la gravedad, y sería necesario, de nuevo, el uso de "material exótico" que provocase una presión o un efecto repulsivo que mantuviese estable el túnel. No obstante, también se piensa que las fluctuaciones del vacío son responsables de la repulsión o presión que hace que actualmente el universo se encuentre en una fase de expansión acelerada, por lo que podría ser que el propio vacío actuara como este "material exótico"

Conclusiones

Todos los mecanismos posibles que se pueden encontrar en la física actual que pueden producir agujeros de gusano tienen muchas complicaciones y muy poca evidencia observacional.

Aún se necesitaría una teoría sólida que combine Relatividad General con Mecánica Cuántica que nos indique si realmente los agujeros negros no acaban teniendo un tamaño finito y una curvatura suave en el extremo, y por lo tanto, no llevar a ningún sitio salvo a la destrucción.

Esta aproximación también es necesaria si queremos saber si la "materia exótica" tanto si es en la forma de un nuevo tipo de fuerza repulsiva, o un efecto de las fluctuaciones cuánticas del vacío, puede proporcionar el efecto necesario para estabilizar un agujero de gusano.

De momento, con lo que sabemos, lo único que podemos decir, es que los agujeros de gusano son más ciencia ficción (por no decir fantasía) que ciencia verdadera.

Anexo: Motores de curvatura:

Aprovecho este post que, aunque va dirigido principalmente a los agujeros de gusano, me parece oportuno aprovecharlo para comentar este nuevo tipo de "tecnología" ya que implica la manipulación de la curvatura del espacio-tiempo, que es el elemento común de este tipo de fenómenos.

Hace relativamente poco tiempo se publicaron algunos artículos sobre un proyecto de motor de curvatura que se basaban en el mecanismo de Alcubierre para distorsionar el espacio-tiempo.

La idea básica es que una nave espacial capaz de comprimir el espacio de delante, y expandir el espacio de detrás, podría atravesar una distancia sin moverse realmente del sitio. 

Aquí mostramos otro gráfico:

Puesto que, en principio no existen restricciones sobre a qué velocidad puede comprimirse o expandirse el espacio, no existiría la limitación de la velocidad de la luz (de hecho se piensa que en etapas primordiales, el universo tuvo que expandirse a velocidades muy superiores a la de la luz).

Sin embargo, al igual que sospechamos que el responsable de la expansión acelerada del espacio es debida a una "energía oscura" del vacío que aún no comprendemos, para poder expandir y contraer este espacio según nuestras necesidades requeriría poder controlar esta fuerza. Parece obvio además, que cuanta más distorsión necesitemos (es decir, cuanto mayor sea la distancia que queramos recorrer) mayor es la cantidad necesaria de esta energía para poder crear dicha distorsión. No sólo no sabemos si podremos controlar este tipo de energía, sino que además, no sabremos si las cantidades de energía necesarias para realizar viajes largos serían posibles (no ya rentables).

Con esto ya doy por acabado este post, que bastante largo me ha salido y eso que sólo quería tratar el tema un poco por encima. Cualquier duda o aclaración, podemos verlo en los comentarios.

Saludos.