Desde hace casi un siglo, el concepto del agujero de gusano ha alimentado teorías físicas, libros de ciencia ficción y películas espaciales. Se ha descrito como un túnel capaz de conectar puntos lejanos del universo o incluso momentos distintos en el tiempo. Sin embargo, esta imagen popular no refleja con precisión la idea original que inspiró estos debates. En 1935, Albert Einstein y Nathan Rosen propusieron una solución matemática a las ecuaciones de la relatividad general que hoy conocemos como “puente Einstein-Rosen”. Pero lejos de ser un atajo galáctico, su objetivo era otro: explorar cómo una partícula podría definirse en un universo con dos hojas de espacio-tiempo conectadas.
Un nuevo estudio publicado en la revista Classical and Quantum Gravity recupera esta visión original y la lleva mucho más lejos. Según sus autores, liderados por Enrique Gaztañaga, estos “puentes” no son estructuras espaciales, sino una expresión profunda del tiempo cuántico. La propuesta no solo ofrece una interpretación distinta sobre la naturaleza del tiempo y el espacio, sino que plantea una forma de reconciliar la física cuántica con la relatividad general, uno de los mayores desafíos de la ciencia contemporánea.
La verdadera intención del puente Einstein-Rosen
Einstein y Rosen no estaban pensando en viajes espaciales, ni mucho menos en atajos para cruzar galaxias. Su objetivo era encontrar una manera de describir partículas en el marco de la relatividad general sin recurrir a soluciones con singularidades, como los agujeros negros. Para ello, propusieron una estructura que unía dos copias del espacio-tiempo, una solución matemática que eliminaba la singularidad del centro del agujero negro.
“Una partícula en el universo físico debe describirse mediante un puente matemático entre dos hojas del espacio-tiempo”, afirman los autores del nuevo artículo, citando literalmente a Einstein y Rosen. Esta frase resume una idea que, con el tiempo, fue deformada. Décadas más tarde, ese puente matemático fue malinterpretado como un “agujero de gusano” —una suerte de atajo cósmico— que nunca fue parte de la propuesta original.
El papel olvidado del tiempo en la física cuántica
La física cuántica trata el tiempo de forma peculiar. Mientras que las posiciones y momentos de las partículas son representados como operadores cuánticos, el tiempo se considera solo un parámetro externo. Este tratamiento funciona bien en el espacio plano de Minkowski, pero presenta problemas serios en presencia de gravedad, como cerca de un agujero negro o en el universo primitivo.
Los autores del estudio plantean que esta limitación ha ocultado una simetría fundamental: la existencia de dos flechas del tiempo. En lugar de imponer una dirección única del tiempo, como se hace habitualmente, proponen una estructura matemática donde se incluyen ambas direcciones —una en la que el tiempo avanza, y otra en la que retrocede— como componentes complementarias de un mismo estado cuántico. Según el artículo, “el puente expresa el hecho de que se necesitan ambos componentes temporales para describir un sistema físico completo”.
Este planteamiento es más que una curiosidad teórica. Es un intento serio de resolver uno de los problemas más antiguos de la física: la incompatibilidad entre la relatividad general y la mecánica cuántica.
Osciladores invertidos y el caos cuántico en el horizonte
Uno de los elementos clave del estudio es el uso del oscilador armónico invertido (IHO, por sus siglas en inglés) como modelo para entender el comportamiento cuántico en presencia de horizontes gravitacionales, como los de un agujero negro o el universo en expansión. Este tipo de oscilador es inestable, con energías que no están acotadas, y presenta simetrías similares a las que surgen cerca de los horizontes.
Los autores muestran que la física de estos sistemas está profundamente relacionada con la estructura del espacio-tiempo. Por ejemplo, la Figura 1 del paper muestra cómo el espacio de fases del IHO se divide en cuatro regiones, cada una con una flecha del tiempo diferente. Estas regiones están separadas por líneas llamadas horizontes de fase, que no se pueden cruzar sin cambiar la dirección del tiempo.
Este tipo de estructura también aparece en coordenadas como las de Kruskal o Rindler, utilizadas para describir agujeros negros o sistemas acelerados. La analogía no es casual: los mismos principios que rigen los osciladores invertidos se aplican al comportamiento de los campos cuánticos en esos contextos.
El puente como suma directa de dos tiempos
La propuesta del artículo se concreta en una nueva formulación llamada teoría cuántica de suma directa (DQFT). En este marco, el espacio de estados cuánticos no se limita a una sola flecha del tiempo, sino que se construye como una suma directa de dos sectores geométricamente definidos, cada uno con una dirección temporal distinta.
“Una teoría cuántica completa debe incorporar ambas direcciones del tiempo mediante sectores de superselección geométrica”, afirman los autores. Esto permite que un sistema cuántico evolucione de forma unitaria incluso cuando contiene horizontes, como los de los agujeros negros.
Este marco también resuelve el problema de los estados entrelazados en regiones separadas del espacio-tiempo. En lugar de considerar que el entrelazamiento se pierde o se vuelve inaccesible, el modelo lo interpreta como una propiedad emergente de la estructura simétrica del universo.
Una solución natural al problema de la información
El famoso problema de la información en los agujeros negros surge cuando se intenta aplicar las reglas de la mecánica cuántica a sistemas con horizontes. Stephen Hawking demostró en 1974 que los agujeros negros emiten radiación térmica y pueden evaporarse, lo que sugiere que la información sobre lo que cayó en ellos se perdería para siempre.
Esta pérdida de información contradice la unitariedad, uno de los pilares de la física cuántica. Sin embargo, en el nuevo modelo, no se pierde nada: “la información no desaparece; sigue evolucionando, pero en la dirección temporal opuesta”.
Así, lo que desde nuestro punto de vista parece una barrera —el horizonte— es en realidad una transición hacia otro sector temporal. La información no se borra, simplemente cambia de dirección, algo que no violaría ninguna ley física si se acepta que el tiempo cuántico es bidireccional.
Una huella visible en el universo primitivo
Una de las predicciones más sugerentes del modelo es que este tiempo doble puede haber dejado una marca observable en el fondo cósmico de microondas. Los datos del satélite Planck han revelado una asimetría de paridad persistente en la distribución de temperatura de esta radiación, algo que los modelos estándar no explican fácilmente.
El estudio argumenta que esta asimetría se puede entender si se incluye una componente cuántica espejo, generada durante la inflación en regiones del espacio-tiempo con direcciones temporales opuestas. La asimetría no sería un defecto del universo, sino una señal de su simetría más profunda.
Este resultado convierte al fondo cósmico en un laboratorio potencial para probar estas ideas, acercando así la cosmología observacional a la física fundamental.
¿Y si el Big Bang no fue el principio?
El modelo lleva a una consecuencia aún más radical: el Big Bang podría no haber sido un comienzo absoluto, sino un punto de rebote entre dos fases opuestas del universo. Según los autores, lo que hoy vemos como expansión podría haber sido precedido por una contracción en el sector temporal inverso.
Este enfoque permite que la información fluya de una fase a otra, manteniendo la unitariedad. Además, algunos objetos del universo anterior, como los agujeros negros primordiales, podrían haber sobrevivido al rebote, convirtiéndose en candidatos para explicar parte de la materia oscura.
Lejos de la ciencia ficción, este modelo no necesita agujeros de gusano traversables, ni viajes en el tiempo. Solo requiere asumir que el tiempo, en el nivel más profundo, fluye en ambas direcciones, y que el universo que observamos es solo una mitad del sistema completo.
Referencias
Cortesía de Muy Interesante
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