Grafeno, el material de los sueños (con entrevista al Nobel de Física 2010)

Entrevista exclusiva a Kostya Novoselov, premio Nobel de Física 2010.

El premio Nobel de Física 2010, Kostya Novoselov, concede una entrevista exclusiva a La Pizarra de Yuri / Público.

El premio Nobel de Física 2010, Kostya Novoselov, concede una entrevista exclusiva a La Pizarra de Yuri / Público.

Aunque sea bastante lógico, no deja de resultarme curioso cómo abunda la gente altanera, áspera y suficiente entre los mediocres. En cambio, quienes realmente podrían permitirse el lujo de ir por la vida con la nariz un poco más levantada que los demás a menudo son amables, sencillos y cordiales. Este es el caso del doctor Konstantin Novoselov, que con 36 años ya puede incluir en su curriculum el Premio Nobel de Física 2010. Gracias a ese hecho, hoy puedo ofrecerte en la Pizarra de Yuri la primera entrevista exclusiva a un Nobel concedida a un blog en castellano (corrígeme si me equivoco y ha habido alguna antes; me interesaría mucho saberlo). La edición en papel de Público sacó un resumen el domingo pasado, pero esta es la versión completa.

Entrevistar a un premio Nobel es siempre un desafío y uno teme no acertar con las preguntas. Así pues, en esta ocasión consulté a más personas amables, que aportaron preguntas inteligentes. Entre estas personas se encuentran Pablo García Risueño (físico, Instituto Max Planck / Instituto de Química Física Rocasolano – CSIC / European Theoretical Spectroscopy Facility – Spanish node), Dani Torregrosa (químico, autor del blog Ese punto azul pálido) o David  (doctor en química, Universidad de Valencia); lo que hago constar con mi agradecimiento. Así, yo creo que ha quedado una entrevista mucho más chula. ;-) Si hay algún error en este post, es mío; si hay algún acierto, es de ellos.

Konstantin, que se hace llamar por el diminutivo Kostya, nació en Nizhny Tagil (URSS) siendo 1974. Actualmente investiga en el Laboratorio de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Manchester, en el Reino Unido; tiene la doble nacionalidad ruso-británica. Ha trabajado en una diversidad de campos y muy notablemente en procesos magnéticos. Es coinventor de la cinta de salamanquesa (gecko tape), que sólo pega en un sentido, con diversos usos en nanocirugía, robótica y tecnologías aeroespaciales. Pero Kostya recibió el Nobel en 2010, junto al profesor Andrei Gueim, por sus “experimentos revolucionarios sobre el material bidimensional grafeno”. ¿Y qué es el grafeno?

Grafeno.

Estructura del "material bidimensional" grafeno.

Estructura del "material bidimensional" grafeno.

No es rigurosamente bidimensional, aunque así lo describa la Fundación Nobel y todo el mundo, incluso el propio Kostya. :-P A fin de cuentas, un átomo tiene espesor. Pero ese es todo su espesor: el grafeno es una estructura laminar compuesta por átomos de carbono en disposición hexagonal, unidos mediante enlaces covalentes producidos por hibridación sp2. Se trata de una alotropía del carbono, distinta del carbono amorfo, el vítreo o el diamante. Tampoco es exactamente un fullereno o un nanotubo (aunque el grafeno podría utilizarse para crear nanotubos, plegándolo en forma de cilindro).

Más parecido es al grafito, hasta el punto de que se podría considerar al grafito como una serie de capas superpuestas de grafeno; de hecho, al pintar líneas con un lápiz (cuya mina es de grafito) aparecen trazas de grafeno. No obstante, este no es un buen procedimiento para producirlo en cantidades significativas.

¿Y qué tiene de particular este grafeno? Muchas cosas. Por ejemplo, es el material más resistente medido jamás: 200 veces más que el acero. Pero, al mismo tiempo, es mucho más ligero y tan elástico como el caucho. En palabras de Andrei Gueim, “el grafeno es más fuerte y más tenaz que el diamante, y sin embargo puede estirarse en un cuarto de su longitud, como el caucho. El área que puede cubrir es la mayor que se conoce para el mismo peso.” Otros investigadores, como Ali Reza Ranjbartoreh (Universidad de Wollongong, Australia), dicen “No sólo es más ligero, más fuerte, más duro y más flexible que el acero; también es un producto reciclable, que se puede fabricar de manera sostenible, ecológico y económico.” En opinión de Ranjbartoreh, esto permitirá desarrollar coches y aviones que usen menos combustible, generen menos polución, sean más baratos de operar y resulten menos dañinos al medio ambiente.

Sus propiedades eléctricas y electrónicas resultan igualmente extraordinarias. Por ejemplo, los nanotubos de grafeno podrían reemplazar al silicio como semiconductor en los circuitos microelectrónicos avanzados; en 2008, el equipo de Gueim y Novoselov ya fueron capaces de construir con él un transistor de un nanometro, que tiene un solo átomo de espesor y diez de anchura. Ya por entonces Kostya declaró que esto podría muy bien hallarse en el límite físico absoluto de la Ley de Moore y añadió: “Está en torno a lo más pequeño que se puede hacer. Desde el punto de vista de la Física, el grafeno es una mina de oro. Podrías estudiarlo durante eras.” Conduce el calor tan bien como el diamante y es más transparente. También se le cree capaz de generar efecto Casimir. Muchos lo consideran el primer material del futuro. Pero será mejor que te lo cuente él. ;-)

Kostya Novoselov durante la conferencia de aceptación del Premio Nobel. Imagen: nobelprize.org

Kostya Novoselov durante la conferencia de aceptación del Premio Nobel. Imagen: nobelprize.org

El material de los sueños de Kostya Novoselov.

Konstantin Novoselov (centro) con Mikhail Trudin (izda) y Yuri Samarskiy (dcha). (Clic para ampliar)

Kostya Novoselov (centro) con Mikhail Trunin (decano del FOPF-MFTI, izda.) y Yuri Samarskiy (rector del MFTI, dcha.). Foto: Sergei Vladimirov. (Clic para ampliar)

Dr. Novoselov, quiero darle muchas gracias por responder a nuestras preguntas. Es muy raro tener la oportunidad de entrevistar a un premio Nobel. Y además a uno tan joven, con 36 años. Mientras, la mayoría de nosotros ni siquiera podemos  imaginar lo que se siente cuando alguien te dice: “Kostya, te han concedido el premio Nobel”. Por cierto, ¿qué se siente en un momento semejante?

Fue impresionante. Estaba muy impresionado y te das cuenta de que esto cambia tu papel para siempre. Y de que vas a tener que trabajar mucho para que no cambie también tu vida. Esto fue todo lo que se me ocurrió, que tenía que intentar que no cambiase mi vida.

¿Y lo consiguió?

Sí. De hecho, conseguí regresar a la normalidad y mi vida no es muy diferente ahora de como era antes.

Por cierto, ¿quién le dijo que le habían concedido el Nobel?

Me llamaron por teléfono. No estoy seguro de quién llamó exactamente, porque estaba verdaderamente impresionado. No lo recuerdo pero probablemente fue uno de los secretarios de la Fundación o el presidente de la Fundación.

Kostya, cuénteme el secreto: ¿cómo se gana un premio Nobel antes de los cuarenta?

No hay un secreto. La mejor receta, probablemente, me la dio un buen amigo y colega hace mucho tiempo: “si quieres ganar un premio Nobel, no pienses en ello”. Así que esa es una de las recetas: nunca pienses en ello y limítate a trabajar y divertirte con lo que haces.

A usted le han concedido el premio Nobel junto al Dr. Geim por realizar “experimentos revolucionarios sobre el material bidimensional grafeno”. ¿Qué es un grafeno?

Imagínate el material de tus sueños, el más fuerte, el más conductor, el más duradero… es increíble. El mejor camino a la teoría; eso es el grafeno. En la práctica es uno de los pocos tejidos bidimensionales que se pueden hacer con carbono y tiene todas estas propiedades fantásticas como conductividad, transparencia, fortaleza imperecedera…

¿Y qué hizo usted con este grafeno exactamente?

Estudiamos sus propiedades. Estudiamos principalmente sus propiedades electrónicas pero también algunas otras.

Sin embargo, originalmente usted estudiaba el electromagnetismo, ¿no?

He trabajado en varios campos distintos a lo largo de mi vida, así que cuando me lié con el grafeno no me supuso una gran diferencia. He trabajado en procesos magnéticos, superconductores, semiconductores… así que los grafenos sólo fueron otra cosa más.

Convénzame: ¿por qué debería invertir mi dinero en las investigaciones sobre el grafeno? ¿De qué manera va a cambiar nuestras vidas este nuevo nanomaterial?

Hay varias propiedades de este material que son únicas, mucho mejores que las de cualquier otro. Ya se puede pensar en sustituir todos los materiales existentes por grafenos, para conseguir mejores resultados en todas las aplicaciones avanzadas. Por ejemplo, a los materiales estructurales se les puede añadir unas fibras de carbono para hacerlos mucho más fuertes. O usarlo para las láminas conductoras de las pantallas táctiles: esa es otra área donde el grafeno puede resultar muy beneficioso. Pero las más importantes serán aquellas que no somos capaces de concebir todavía porque no teníamos los materiales adecuados. El grafeno es muy diferente de cualquier otro material, así que podemos ponernos a pensar en estas nuevas aplicaciones.

De todas estas posibles aplicaciones, ¿cuál cree usted que se desarrollará primero?

Ya hay varias aplicaciones en las que se está utilizando. Puedes comprar grafeno en varias empresas de Rusia, Europa, Asia… por ejemplo, para microscopios electrónicos de transmisión. Aunque esto es una aplicación menor. Probablemente, la primera aplicación a gran escala será en las pantallas táctiles.

¿Qué aproximación le parece más prometedora para producir grafenos industrialmente a buen precio?

Ya hay técnicas para producirlos en grandes cantidades. Por ejemplo, mediante crecimiento por CVT [deposición de vapor químico asistida por agua]… se está produciendo en grandes cantidades para muchas aplicaciones.

Con la crisis energética actual, y la energía nuclear comprometida a raíz de los sucesos de Fukushima, ha aumentado el interés en las energías renovables. ¿Serviría el grafeno para desarrollar nuevas células solares mucho más eficientes y baratas que las actuales? ¿Podría sentar las bases de una revolución energética?

El grafeno es sólo una parte de las células solares del futuro. Hay otras muchas partes que deben desarrollarse también. Queda un camino muy, muy largo para que se desarrollen células solares significativamente más eficientes.

Algunas personas han expresado su preocupación por los posibles riesgos para la salud, y especialmente los riesgos para la salud laboral, de esta clase de nanomateriales. ¿Qué opina?

Se puede observar mi vida y ver la evolución de mi salud. Probablemente, soy un conejillo de indias en estos experimentos. Me estoy exponiendo a estos materiales en el laboratorio todos los días, con bastante intensidad, así que podéis experimentarlo conmigo si queréis.

Por cierto, he oído que quiere usted cambiar de campo porque ya ha pasado mucho tiempo en este…

Sí. Te vas ralentizando. Estoy pensando en hacer alguna otra cosa.

¿Como por ejemplo…?

Eso prefiero guardármelo.

Tenía que intentarlo. ;-) Dr. Novoselov, a menudo se considera a los ganadores del premio Nobel como “heraldos de la ciencia” de cara al mundo, a la sociedad. ¿Se siente cómodo en este papel?

Todos tenemos la oportunidad de educar al público en materia científica. Esta es una de las muchas posibilidades que se incrementan cuando ganas el premio Nobel, y también una responsabilidad. Por ejemplo, es una pena ver cómo la gente sobrerreacciona con este asunto de Fukushima. Por desgracia, la gente que gana el premio Nobel , aunque tenga mejores posibilidades de educar al público, no tiene necesariamente la capacidad para hacerlo.

En algunos ámbitos existe una percepción de que la creatividad se está perdiendo en la ciencia moderna por un exceso de rigidez en la práctica cotidiana. ¿Cómo se puede aumentar la creatividad en el entorno de la ciencia moderna? ¿Se puede enseñar creatividad a las personas?

No se puede enseñar la creatividad a las personas. Cuando las personas vienen al laboratorio, intentamos liberar sus mentes para que hagan cualquier cosa que deseen hacer, con los únicos límites de su naturaleza y su imaginación. Y no creo que falte creatividad en estos momentos. Creo que recientemente se han logrado algunos de los mejores resultados científicos. No me parece que haya un problema con ese tema.

He oído hablar de sus “experimentos de los viernes”. ¿Puede decirnos en qué consisten?

Hacemos cosas raras que queremos hacer, intentamos cosas que no son convencionales. Cosas que probablemente parezcan bastante extrañas al principio, pero que pueden terminar convirtiéndose en algo grande. Simplemente, tratamos de liberar la mente.

¿Qué es más importante en estos “experimentos de los viernes”: la creatividad o el conocimiento guiado por la experiencia?

Nunca me planteo qué es lo más importante. Simplemente hago lo que me resulta interesante a mí.

Vamos a ir un poco más lejos. ¿Qué caminos le parece que está tomando la ciencia? ¿Qué grandes avances espera en el futuro próximo?

Yo sólo soy capaz de predecir el pasado, no el futuro. Pero el futuro está ahí y siempre es capaz de superar nuestras predicciones más descabelladas. Hay un montón de cosas ahí fuera donde podemos encontrar nuevas realidades.

Kostya, como usted sabrá, hay gente que piensa que la ciencia y la tecnología están avanzando demasiado, demasiado rápido. Temen los posibles efectos adversos sobre la gente, el medio ambiente y la vida en general. ¿Le gustaría decir algo a estas personas?

No se puede detener el progreso. No se puede detener la ciencia porque es parte de nuestra naturaleza, de nuestra curiosidad. Necesitamos a la ciencia, pero tenemos que asegurarnos de estudiar su impacto adecuadamente antes de usarla. Y esto se puede hacer siempre mejorando la ciencia, haciendo mejor ciencia. Hacer menos ciencia resulta mucho más peligroso que hacer más ciencia.

Yo suelo comentar que cuando una sociedad deja de avanzar, no sólo se estanca, sino que de inmediato comienza a retroceder; y que esto es especialmente cierto para el progreso científico. ¿Está de acuerdo conmigo? :-D

A las personas nos encantan las cosas nuevas. Siempre nos obligamos a usar cosas nuevas, a pensar en cosas nuevas. Es absolutamente inevitable. Si se deja de utilizar la ciencia, estas cosas nuevas no serán científicas, y esto es mucho más peligroso que utilizar las nuevas respuestas científicas.

No quiero robarle más tiempo, doctor. Por cierto, ¿llegó a conocer al hamster Tisha? ;-)

Sí. Era un hamster bastante metomentodo.

Tengo entendido que nació usted en Nizhny Tagil, ¿no?

Sí, así es.

Nació en Nizhny Tagil y desde allí salió al mundo para estudiar el material de sus sueños y con ello ganar el premio Nobel. Me parece algo fabuloso.

Muchas gracias.

Muchas gracias a usted de nuevo, Kostya. Большое спасибо.

Entrevista anterior: Sergei Krásnikov, astrofísico de Pulkovo, proponente de los tubos de Krásnikov para casiviajar en el tiempo.

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La casi-máquina del tiempo del Dr. Krásnikov (con entrevista al Dr. Krásnikov)

Máquinas del espaciotiempo

Aspecto hipotético de un agujero de gusano conectado con otro universo o con otro punto de este universo, por el que una nave espacial podría transitar. Imagen: NASA. (Clic para ampliar)

Aspecto hipotético de un agujero de gusano conectado con otro universo o con otro punto de este universo, por el que una nave espacial podría transitar. Imagen: NASA. (Clic para ampliar)

¿Quién no ha soñado alguna vez con viajar en el tiempo o con atravesar un portal en dirección a mundos remotos? A los ojos de mucha gente, esto son sólo fantasías o argumentos para historias de ciencia-ficción. Y sin embargo existen algunas personas, en las fronteras más inhóspitas de la física teórica, que estudian estas cuestiones en serio. Así, se convierten en los pioneros de la humanidad futura. Cuando Pitágoras o algún primo suyo dedujo que la Tierra era redonda, o cuando Eratóstenes de Cirene calculó su circunferencia, tampoco parecía que estos conocimientos tuvieran muchas utilidades prácticas: imagina dónde estaríamos ahora sin tales descubrimientos. O si Euclides de Alejandría o Apolonio de Perga hubieran dejado de ser geómetras cuando les preguntaron para qué servían todos esos dibujitos. Y si Maxwell hubiera considerado que eso del electromagnetismo no servía para gran cosa, la electrónica y las telecomunicaciones no habrían surgido jamás. Así funcionan las cosas: primero surge la ciencia pura, después viene la aplicada y finalmente se desarrolla la tecnología. Superada la Edad Media, sin ciencia pura, no hay tecnología ni progreso digno de mención.

Todo lo que somos capaces de hacer ahora mismo se origina en las cosas que pensaron los teóricos de hace decenas, cientos e incluso miles de años. Todo lo que hagan las generaciones futuras se sustentará en las cosas que piensen los teóricos de hoy en día. Una sociedad, una especie que renunciase a la ciencia teórica y a la especulación científica quedaría estancada para siempre, incapaz de avanzar, de evolucionar. Esas personas que estudian las cosas que aparentemente no sirven para nada son, en cada momento de la historia, los pioneros de las gentes que vendrán. Caminamos sobre los hombros de gigantes, y todo eso.

Permíteme presentarte a uno de estos pioneros: Sergei Krásnikov. Sergei Krásnikov es doctor en Física y trabaja actualmente como investigador en el Observatorio Astronómico Central de Pulkovo. Es experto en relatividad general, teoría cuántica de campos en espaciotiempos curvos y astrofísica de partículas, ¡casi ná!

La cosa no acaba ahí. En 1995, causó un impacto notable sobre la comunidad científica al proponer el tubo o metro de Krásnikov, una especie de agujero de gusano cuyos extremos se encuentran desplazados en el espacio pero también en el tiempo. Este tubo es una distorsión espaciotemporal que podría crearse de manera intencionada para viajar en el tiempo y también por el espacio a velocidades (no-locales) superiores a la de la luz. Utilizando uno de estos tubos, tendrías que viajar a tu destino por medios convencionales, pero podrías regresar a casa poco después de tu partida. Por ejemplo: sales de la Tierra en el año 2100, llegas a otro sistema solar en el 2700, y sin embargo regresas a la Tierra siendo aún el 2120. Extraño, ¿eh? Además, el Dr. Krásnikov ha trabajado también en un modelo de agujeros de gusano que podrían sostenerse a sí mismos, obteniendo así algo muy parecido a las puertas estelares estables. Vamos, que don Sergei no pierde el tiempo, ese que estudia tan profundamente, con cosillas de tres al cuarto. ;-)

El doctor Sergei Krasnikov. Foto: Alexander Friedmann Laboratory for Theoretical Physics.

El doctor Sergei Krasnikov, investigador del Observatorio Central de Pulkovo, Rusia. Foto: Alexander Friedmann Laboratory for Theoretical Physics.

A pesar de todo ello, el doctor Krasnikov resulta ser una persona de lo más amable y accesible, que no ha puesto ningún inconveniente en contestar a algunas preguntas sobre su trabajo para la Pizarra de Yuri. Gracias a eso, puedo ofrecerte hoy la siguiente entrevista exclusiva con una de las personas que más saben del mundo en materia de viajes no convencionales por el espaciotiempo. Él nos lo va a contar mucho mejor de lo que jamás sabría hacerlo yo:

El metro espaciotemporal de Krásnikov.

Muchas gracias por su valioso tiempo. ¿Cómo es la vida cuando los extremos más exóticos del conocimiento y de la realidad constituyen su pan de cada día?

La respuesta corta: interesante. La respuesta larga daría para un libro: «De consolatione physicae».

Dr. Krásnikov… ¿qué es un tubo de Krásnikov? :-)

Toma el espaciotiempo de Minkowski y ponle un sistema de coordenadas (esto es necesario para dar sentido a las palabras «cerca» y «lejos»). A continuación, sustituye una región de este espaciotiempo plano por otra que sea curva. Esta región se llama tubo de Krásnikov si reúne las siguientes condiciones:

1. Se encuentra por completo en el futuro desde el origen de coordenadas O (o sea, se puede decir que aparece debido a algo que sucedió en O).

2. En el futuro de O hay un punto muy distante (desde O) al que llamaremos D, que se encuentra al mismo tiempo en el pasado de un punto P muy próximo a O (por tanto, lo que describo es una «casi-máquina del tiempo»).

Así pues, hay una curva de tipo tiempo (la línea de universo de una nave espacial) que comienza en O (por ejemplo, la Tierra en el año 2100), pasa por D (por ejemplo, Deneb en el 2700) y vuelve a casa en P (la Tierra en el 2120).

Representación en 2 dimensiones de un agujero de gusano (clic para ampliar).

Un agujero de gusano es una característica topológica hipotética del espaciotiempo permitida por la Relatividad General, que en esencia constituría un "atajo" a través del mismo (aunque también podría formar un "alargamiento" o un "callejón sin salida"). Se considera generalmente que los agujeros negros realmente atravesables requerirían materia exótica con densidad de energía negativa para estabilizarse. (Clic para ampliar).

¿Qué relación tiene con los agujeros de gusano?

Se podría hacer un truco similar –regresar de Deneb antes de llegar allí, según un reloj terrestre– utilizando un agujero de gusano. La diferencia crucial es que para construir un tubo de Krásnikov no necesitas cambiar la topología del espaciotiempo.

Entonces, usando un tubo de Krásnikov sería verdaderamente posible viajar en el tiempo además de por el espacio, ¿no?

Errrr… ¡depende de lo que entiendas por «viajar en el tiempo»!

¿Qué aspecto tendría un tubo de Krásnikov para un observador externo?

El tubo es un cilindro creciente. Uno de sus extremos estaría cerca de la Tierra y el otro seguiría a la nave espacial. El cilindro está vacío por dentro, pero sus paredes son MUY densas. Este cilindro es el pasadizo por donde el viajero regresa a casa.

Tengo entendido que hace falta viajar a velocidades próximas a las de la luz por dentro del tubo para que el efecto se produzca, ¿es así?

Simplemente, no tiene sentido utilizar este tubo para un viaje intergaláctico a menos que te muevas a velocidad relativista con respecto a la Tierra (en el ambiente del espacio de Minkowski). De lo contrario, el viaje requeriría una cantidad de tiempo prohibitivamente grande para el piloto.

¿Que se vería o se sentiría durante un viaje así? ¿Sería peligroso?

Tendrías que viajar a velocidad relativista a lo largo de un corredor MUY estrecho. Creo que es extremadamente peligroso.

Dr. Krásnikov, imagínese por un momento que fuera usted un escritor de ciencia-ficción. ¿Cómo describiría la ingeniería de un tubo de Krásnikov?

Me sentiría libre para escribir casi cualquier cosa. El tubo es sólo un ejemplo (tan simple como es posible) que ilustra el concepto de «viaje hiper-rápido» y su posibilidad. El método real para realizar viajes interestelares, si aparece algún día, seguramente será muy diferente.

Everett y Roman de la Universidad Tufts han dicho que dos tubos de Krásnikov dispuestos en sentidos opuestos crearían bucles temporales y violaciones de la causalidad. ¿Es esto correcto?

No mucho. Pasa lo mismo que con los agujeros de gusano. Si tienes dos tubos (o dos agujeros de gusano), puedes INTENTAR construir una máquina del tiempo con ellos. Tus posibilidades de tener éxito constituyen una pregunta abierta: habrá siempre un momento en que el universo «elija» entre dar lugar a una máquina del tiempo o a una «singularidad cuasi-regular». Hoy por hoy no podemos ni influir en esta «decisión», ni predecirla.

Leí en algún sitio que los tubos de Krásnikov podrían crear un Anillo Romano. ¿Qué es un Anillo Romano? ¿Qué implicaciones tiene para su metro espaciotemporal?

No, no veo ninguna relación obvia entre estos objetos. No sé a qué se referiría el autor. El Anillo Romano, según yo lo entiendo, es un sistema de agujeros negros que presumiblemente puede estabilizar el horizonte de Cauchy de una máquina del tiempo emergente.

El "portal" de la serie de ficción Stargate SG-1.

Los "portales" o "puertas estelares" habituales en la ficción (como este de la serie televisiva Stargate SG1) no están prohibidos por la Relatividad General y podrían ser realizables en la práctica. Pero, hoy en día, no sabemos cómo.

Las puertas estelares de Schwarzschild-Hawking.

Dr. Krásnikov, usted ha propuesto también algunas cosas muy interesantes sobre los agujeros de gusano en general. Se considera generalmente que para crear y estabilizar un agujero de gusano atravesable harían falta inmensas cantidades de materia-energía negativa. Sin embargo, según tengo entendido, usted ha sugerido que el propio fenómeno podría producir esta materia-energía negativa y por tanto se convertiría en un agujero de gusano atravesable autosostenido: algo muy parecido a una puerta estelar. ¿Es esto correcto? ¿Cómo sería posible?

La idea no es mía (según a mí me consta, es de Sergei Sushkov). Su esencia es muy simple: dado que el espaciotiempo en un agujero de gusano está curvado, el vacío siempre está «polarizado» ahí. En otras palabras: debido a los efectos cuánticos, un agujero de gusano nunca está vacío, sino lleno con alguna clase de «materia». Las propiedades de esta materia no están limitadas por las condiciones clásicas (como la exigencia de que la densidad de energía sea positiva), y están determinadas (entre otras cosas) por la forma del agujero de gusano.

Por tanto, todo lo que necesitarías (si supieses cómo crear un agujero de gusano, en primer lugar) es encontrar una forma tal que la materia producida por estos efectos cuánticos sea exactamente la misma que haría falta para mantener el agujero de gusano. Durante un tiempo pensé que había descubierto la forma necesaria para un agujero de gusano autosostenido estático. Después, sin embargo, encontré un error en mis cálculos. Así que abandoné la exigencia de que el agujero de gusano tuviera que ser estático y busqué una forma que se limitara a permitir que fuera atravesable.

Resultó que el agujero de gusano más simple (que es inicialmente la solución de Schwarzschild) posee ya esta propiedad. La famosa radiación de Hawking impide que colapse durante tiempo suficiente como para permitir que un viajero lo atraviese.

Pero seguiría haciendo falta una cantidad inicial de materia-energía negativa, ¿no?

No. Estoy hablando de agujeros de gusano «naturales» que presumiblemente aparecieron en el universo temprano. Su entorno no fue determinado por una «civilización avanzada» que hubiera podido alimentarlos con materia a su albedrío.

¿Qué aspecto tendría uno de esos «agujeros de gusano autosostenidos de Krásnikov»? ¿Cómo sería el viaje? ¿Correrían peligro los viajeros?

Son más bien «agujeros de gusano autosostenidos de Schwarzschild-Hawking». Tendrían el mismo aspecto que un agujero negro corriente salvo por el hecho de que un viajero, después de intersecar su «horizonte«, dispondría de algún tiempo para alcanzar el otro extremo y salir de él por su otra región asintóticamente plana. Por supuesto, este viaje sería peligroso: si el viajero no es lo bastante veloz, resultará aplastado por la singularidad.

Dr. Krásnikov… ¿qué es el tiempo?

¿Qué es la longitud? ¿Qué es la anchura?

¿Y el espacio?

De hecho, no hay nada tan misterioso en los conceptos de espacio y tiempo (al menos, mientras nos mantengamos dentro de la física clásica). Quizás sea difícil explicar rigurosamente estos conceptos a un niño de seis años, pero cualquier estudiante de segundo curso de carrera es capaz de comprenderlos. Describimos (con éxito) nuestro universo mediante ciertos objetos geométricos: es el espacio de Minkowski en la Relatividad Especial, o el espaciotiempo en la Relatividad General. En la física newtoniana es el producto de un espacio euclídeo tridimensional por una línea real. Y al aplicarlos a esos objetos, palabras como «espacio», «tiempo» y demás tienen un significado claro y riguroso.

¿Y el espaciotiempo? ;-)

Pienso que es una variedad Hausdorff paracompacta, suavemente conectada, de cuatro dimensiones, provista con una métrica de Lorentz suave orientada en el tiempo.

¿Cómo demonios se puede deformar el espaciotiempo? La gente no entiende esto…

¡Esa es una buena pregunta! Sorprendentemente, conocemos una parte de la respuesta. Y la respuesta, llamada Relatividad General, es que CUALQUIER espaciotiempo no vacío está curvado. En cada punto, su curvatura está relacionada con las propiedades de la materia en ese punto, y específicamente con su presión y densidad de energía, a través de las ecuaciones de Einstein.

 

Albert Einstein, que desarrolló la Teoría de la Relatividad.

S. V. Krásnikov: "Es muy sencillo: todas las cuestiones sobre el tiempo, el espacio, el origen del universo, etc. son pura Relatividad General" desarrollada por Albert Einstein (en la imagen).

Si una persona joven que esté leyéndonos quisiera dedicarse a esto en el futuro, ¿qué debería estudiar?

Es muy sencillo: todas las cuestiones sobre el tiempo, el espacio, el origen del universo, etc. son pura Relatividad General.

Una última pregunta, Dr. Krásnikov. Como seguramente sabrá, no pocas personas piensan que esto son cosas destarifadas, una especie de pérdida de tiempo muy sofisticada, sobre todo teniendo en cuenta que aquí en la Tierra hay tantos problemas graves por solucionar. ¿Qué le gustaría decirle a estas personas?

Esta era una de las preguntas favoritas de los escritores de ciencia-ficción en los años ’60. No puedo añadir nada a lo que ya dijeron Asimov o Lem, así que me limitaré a hacer dos comentarios:

1. Por supuesto que responder a la pregunta de si se puede vencer la barrera de la velocidad de la luz no es la más urgente. Pero lo mismo puede decirse de CUALQUIER otro problema. ¿Como se atreven esas personas a pintar su casa, o a curar el reumatismo, cuando los niños están LITERALMENTE muriendo de hambre en África? ¡A miles!

2. Estas personas, ¿conocen alguna manera de resolver los problemas realmente importantes sin usar ordenadores, o teléfonos, o la electricidad en general? Pues tuvo que venir Faraday a perder su tiempo en problemas aparentemente inútiles para que todos esos televisores y refrigeradores que usan a diario pudieran llegar a existir.

Por cierto, ¿hay algo importante que no le haya preguntado?

¡Puedes apostar a que sí! Pero habrá que dejar algo para futuras entrevistas, ¿no?

Pues muchísimas gracias de nuevo, Dr. Krásnikov. Si hay algo en lo que yo pueda ayudarle, simplemente dígamelo…

Si lo que vas a escribir incita a un par de estudiantes brillantes para que hagan algo en este campo, me daré por totalmente recompensado.

Y yo también.  ;-)

Bibliografía:

  • Introducción a la Relatividad General e Introducción matemática a la Relatividad General, en la Wikipedia (en castellano).
  • Introducción al espacio, el tiempo, la materia y el vacío, y a la gravitación y los agujeros negros, disponibles en la web de la Universidad de Chile (en castellano).
  • Einstein, Albert (ed. 2008), Sobre la teoría de la relatividad especial y general. Alianza Editorial, Madrid, ISBN 978-84-206-6841-3 (en castellano).
  • Misner, C. W.; Thorne, K. S.; Wheeler, J. A. (1973), Gravitation. W. H. Freeman, San Francisco, ISBN 978-0-7167-0344-0 (en inglés).
  • Wald, R. M. (1984), General relativity. The University of Chicago Press, Chicago, ISBN 0-226-87033-2 (en inglés).
  • Thorne, K. (1995), Agujeros negros y tiempo curvo: el escandaloso legado de Einstein. Ed. Crítica, Barcelona, 978-84-7423-697-2 (en castellano).
  • Krásnikov, S. V. (1995), Hyperfast interstellar travel in General Relativity, disponible en arXiv:gr-qc/9511068v6 (en inglés).
  • Krásnikov, S. V. (2006), Сверхсветовые движения в (полу)классической ото [Movimiento superlumínico en Relatividad (semi)clásica], disponible en arXiv:gr-qc/0603060v1 (en ruso).
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