VIAJE A CASA

Después de 42 años de viaje, su nave espacial finalmente decelera en la nebulosa de Orión, donde AURORA predijo que estarían los dos agujeros. Ahí están, ¡en el lugar exacto! Midiendo el movimiento orbital de los átomos del gas interestelar que caen en los agujeros, usted comprueba que sus horizontes no están girando y que cada uno de ellos tiene una masa de 24 masas solares, exactamente como predijo AURORA. Cada horizonte tiene una circunferencia de 440 kilómetros; están a 30.000 kilómetros de distancia; y cada uno describe una órbita en torno al otro cada 13 segundos. Introduciendo estos números en las fórmulas de la relatividad general que dan el retroceso debido a la onda gravitatoria, usted concluye que los dos agujeros se fusionarán dentro de siete días. Este es el tiempo justo que necesita su tripulación para preparar sus cámaras telescópicas y registrar los detalles. Fotografiando el anillo brillante de luz estelar focalizada que rodea al disco negro de cada agujero, ellos pueden seguir fácilmente los movimientos de los agujeros.

Usted quiere estar lo suficientemente cerca para ver con claridad, pero lo suficientemente alejado para estar a salvo de las fuerzas de marea de los agujeros. Decide que un buen lugar es una órbita diez veces mayor que la órbita que describe cada agujero en torno al otro, una órbita de un diámetro de 300.000 kilómetros y una circunferencia orbital de 940.000 kilómetros. Kares maniobra la nave espacial hasta colocarla en dicha órbita, y su tripulación empieza la observación fotográfica y telescópica.

Durante los tres días siguientes, los dos agujeros se van acercando poco a poco y acelerando su movimiento orbital. Un día antes de la coalescencia, la distancia entre ellos se ha reducido desde 30.000 a 18.000 kilómetros y su periodo orbital ha disminuido desde 13 a 6,3 segundos. Una hora antes de la coalescencia están a 8.300 kilómetros de distancia y su periodo orbital es de 1,9 segundos. Un minuto antes de la coalescencia: separación 3.000 kilómetros, periodo 0,41 segundos. Diez segundos antes de la coalescencia: separación 1.900 kilómetros, periodo 0,21 segundos.

Entonces, en los últimos diez segundos, usted y su nave espacial empiezan a vibrar, suavemente al principio, luego cada vez con más violencia. Es como si un par de manos gigantescas le hubieran agarrado por la cabeza y los pies y estuvieran comprimiéndole y estirándole alternativamente cada vez con más fuerza y con más rapidez. Y entonces, más repentinamente de como empezó, la vibración se detiene. Todo está tranquilo.

—¿Qué fue eso? —murmura a AURORA su voz temblorosa.

—Tikhii, tikhii —responde ella tranquilizadoramente—. Eso era la fuerza de marea ondulante de las ondas gravitatorias producidas por la coalescencia de los agujeros. Usted está acostumbrado a ondas gravitatorias tan débiles que sólo instrumentos muy delicados pueden detectar sus fuerzas de marea. Sin embargo, aquí, cerca de los agujeros coalescentes, las ondas eran tremendamente intensas, tan intensas que si hubiésemos estado en una órbita 30 veces más pequeña la nave espacial habría sido triturada por las ondas. Pero ahora estamos a salvo. La coalescencia ha terminado y las ondas han pasado; siguen su camino por el Universo, llevando a los astrónomos lejanos una descripción sinfónica de la coalescencia.

Orientando uno de los telescopios de su equipo hacia la fuente de gravedad que hay debajo, usted ve que AURORA tiene razón: la coalescencia ha terminado. Donde antes había dos agujeros, ahora hay sólo uno, y está girando rápidamente, como puede apreciarse por el remolino de átomos que caen dentro. Este agujero será un generador ideal de energía para su tripulación y miles de generaciones de descendientes.

Midiendo la órbita de la nave espacial, Kares deduce que el agujero tiene 45 masas solares. Puesto que la masa total de los agujeros padres era de 48 masas solares, 3 masas solares deben de haberse convertido en pura energía transportada por las ondas gravitatorias. ¡No sorprende que las ondas golpeasen tan fuerte!

Cuando ustedes están orientando sus telescopios hacia el agujero, un objeto pequeño pasa inesperadamente como un rayo junto a su nave espacial, desprendiendo chispas brillantes profusamente y en todas direcciones, y luego explota, abriendo un orificio en la pared de la nave. Sus bien entrenados robots y su tripulación corren a sus puestos de combate, buscan en vano la nave de guerra atacante hasta que, respondiendo a una petición de ayuda, AURORA anuncia tranquilizadoramente por el sistema de altavoces de la nave: «Tikhii, tikhii; no nos están atacando. Eso era simplemente un agujero negro primordial, evaporándose y explotando finalmente» — ¡¿Un qué?! —grita usted.

—Un agujero negro primordial, evaporándose y luego destruyéndose en una explosión —repite AURORA.

— ¡Explícate! —ordena usted—. ¿Qué quieres decir con primordial! ¿Qué quieres decir con evaporándose y explotando! Estás diciendo cosas absurdas. Las cosas pueden caer dentro de un agujero negro, pero nada puede escapar nunca; nada puede «evaporarse». Y un agujero negro vive eternamente; siempre crece, nunca se contrae. No hay manera de que un agujero negro pueda «explotar» y destruirse a sí mismo. Eso es absurdo.

Pacientemente, como siempre, AURORA le instruye:

—Los objetos grandes, tales como seres humanos, estrellas y agujeros negros formados a partir de la implosión de una estrella, están gobernados por las leyes clásicas de la física —explica ella—, por las leyes del movimiento de Newton, las leyes de la relatividad de Einstein, y demás. Por el contrario, los objetos minúsculos, por ejemplo, átomos, moléculas y agujeros negros más pequeños que un átomo, están gobernados por un conjunto de leyes muy diferentes, las leyes cuánticas de la física. Mientras las leyes clásicas prohíben que un agujero negro de tamaño normal se evapore, se contraiga, explote o se destruya, no sucede lo mismo con las leyes cuánticas. Estas últimas exigen que cualquier agujero negro de tamaño atómico se evapore poco a poco y se contraiga hasta alcanzar una pequeña circunferencia crítica, aproximadamente la misma que la de un núcleo atómico. El agujero, que a pesar de su minúsculo tamaño tiene una masa de alrededor de mil millones de toneladas, debe destruirse entonces en una enorme explosión. La explosión convierte toda la masa de mil millones de toneladas del agujero en energía que se derrama: es un billón de veces más energético que la más potente explosión nuclear que los humanos hayan nunca provocado en la Tierra en el siglo XX. Precisamente una de estas explosiones ha dañado ahora nuestra nave —explica AURORA.

Pero no tiene que preocuparse de que pueda haber más explosiones —continúa AURORA—. Tales explosiones son extraordinariamente raras porque los agujeros negros minúsculos son extraordinariamente raros. El único lugar en donde los agujeros negros minúsculos pudieron crearse fue en el big bang que dio origen a nuestro Universo, hace trece mil millones de años; por esto es por lo que se les llama agujeros primordiales. El big bang dio lugar solamente a unos pocos de tales agujeros primordiales, y esos pocos agujeros se han estado evaporando y contrayendo lentamente desde su nacimiento. De tanto en tanto, uno de ellos alcanza su tamaño crítico más pequeño y explota. Si uno de ellos hizo explosión mientras pasaba como un rayo junto a nuestra nave fue sólo una casualidad, un suceso extraordinariamente poco probable, y es muy poco probable que nuestra nave espacial vuelva a encontrar alguna vez otro agujero de estas características.

Aliviado, ordena a su tripulación que empiece a reparar la nave mientras usted y sus oficiales inician un estudio telescópico del agujero negro de 45 masas solares y en rápida rotación situado bajo ustedes.

La rotación del agujero se manifiesta no sólo en el remolino de los átomos que caen hacia él, sino también en la forma de la mancha negra con borde brillante que forma en el cielo bajo ustedes: la mancha negra está comprimida como una calabaza; está ensanchada en su ecuador y achatada en sus polos. La fuerza centrífuga debida a la rotación del agujero, que tira hacia afuera, origina el ensanchamiento y el achatamiento. Pero el ensanchamiento no es simétrico: parece mayor en el borde derecho del disco, que se está alejando de usted por efecto de la rotación del horizonte, que en el borde izquierdo. AURORA explica que esto se debe a que el horizonte puede capturar los rayos de la luz estelar con más facilidad si éstos se mueven hacia usted pasando cerca del borde derecho, en sentido contrario a su rotación, que cuando pasan cerca del borde izquierdo, a favor de su rotación.

Midiendo la forma de la mancha y comparándola con las fórmulas de la relatividad general para los agujeros negros, Bret infiere que el momento angular de rotación del agujero es de un 96 por 100 del valor máximo permitido para un agujero con esa masa. Y a partir de este momento angular y la masa de 45 soles del agujero usted calcula otras propiedades del mismo, incluyendo la velocidad angular de rotación de su horizonte, 270 revoluciones por segundo, y su circunferencia ecuatorial, 533 kilómetros.

La rotación del agujero le intriga. Nunca antes pudo usted observar tan de cerca un agujero en rotación. De modo que, con remordimientos de conciencia, pide a un robot voluntario que explore la vecindad del horizonte y transmita sus experiencias. El robot, cuyo nombre es Kolob, recibe instrucciones detalladas: «Desciende hasta diez metros sobre el horizonte y enciende allí tus motores a reacción para mantenerte en reposo, suspendido justamente en la vertical de la nave espacial. Utiliza tus motores a reacción para contrarrestar la atracción hacia adentro de la gravedad y el remolino en forma de tornado del espacio».

Dispuesto para la aventura, Kolob sale del vientre de la nave espacial y se lanza hacia abajo accionando sus motores a reacción, suavemente al principio, con más intensidad luego, para resistir el remolino del espacio y permanecer directamente bajo la nave. Al principio Kolob no tiene problemas, pero cuando alcanza una circunferencia de 833 kilómetros, un 56 por 100 mayor que la del horizonte, su luz láser transmite el siguiente mensaje: «¡No puedo resistir el remolino, no puedo; no puedo!» y, como una piedra atrapada en un tornado, comienza a girar con un movimiento circular en torno al agujero.

—No te preocupes —responde usted—. Resiste como puedas el remolino, y continúa descendiendo hasta que estés a diez metros por encima del horizonte.

Kolob obedece. A medida que desciende es arrastrado con movimientos circulares cada vez más rápidos. Finalmente, cuando detiene su descenso y se mantiene a diez metros por encima del horizonte, está dando vueltas en torno al agujero en una órbita que se ciñe estrechamente al mismo horizonte, a 270 revoluciones por segundo. Por mucho que trate de oponerse a este movimiento, no puede. El remolino del espacio no le deja detenerse.

—Dispara los motores en la dirección contraria —ordena usted—. Si no puedes girar a menos de 270 revoluciones por segundo, trata de moverte más rápido.

Kolob lo intenta. Dispara los motores, manteniéndose siempre a 10 metros por encima del horizonte pero tratando de dar vueltas más rápido que antes. Aunque él siente la aceleración normal del impulso de sus motores, usted ve que su movimiento apenas cambia. Sigue dando vueltas en torno al agujero 270 veces por segundo. Y luego, antes de que pueda usted transmitirle más instrucciones, su combustible se agota; empieza a caer hacia abajo; su luz láser se desplaza rápidamente de un extremo a otro del espectro electromagnético, desde el verde al rojo, al infrarrojo, a las radioondas, y luego se desvanece sin que haya ningún cambio en su movimiento circular. Ha desaparecido dentro del agujero, hundiéndose hacia la violenta singularidad que usted no verá nunca.

Tras tres semanas de lamentaciones, experimentos y estudios telescópicos, su tripulación empieza a planear el futuro. Trayendo materiales de planetas lejanos, construyen una estructura anular en torno al agujero. El anillo tiene una circunferencia de 5 millones de kilómetros, un grosor de 3,4 kilómetros y una anchura de 4.000 kilómetros. Gira a la velocidad precisa, dos revoluciones por hora, para que las fuerzas centrífugas equilibren la atracción gravitatoria del agujero en el plano central del anillo, a 1,7 kilómetros de sus caras interna y externa. Sus dimensiones se han escogido cuidadosamente para que las personas que prefieran vivir con 1 gravedad terrestre puedan establecer sus hogares cerca de las caras interna o externa del anillo, mientras aquellos que prefieren una gravedad menor puedan vivir cerca de su centro. Estas diferencias en gravedad se deben en parte a la fuerza centrífuga del anillo rotatorio, y en parte a la fuerza de marea del agujero o, en lenguaje de Einstein, a la curvatura del espacio-tiempo.

La energía eléctrica que calienta e ilumina este mundo anular se extrae del agujero negro: el 20 por 100 de la masa del agujero está almacenada en forma de energía en el remolino similar a un tornado en el espacio exterior aunque próximo al horizonte. ¡Esto supone una energía 10.000 veces mayor que la que radiará el Sol en forma de calor y luz durante toda su vida!; y, al estar fuera del horizonte, puede ser extraída. No importa que el extractor de energía del mundo anular tenga una eficiencia de sólo un 50 por 100; su suministro de energía es aún 5.000 veces mayor que el del Sol.

El extractor de energía funciona basado en el mismo principio por el que lo hacen algunos cuásares: su tripulación ha ensartado un campo magnético a través del horizonte del agujero y lo mantiene en el agujero, a pesar de su tendencia a salirse de él, por medio de bobinas superconductores gigantes. Al girar el horizonte, arrastra al espacio cercano en un remolino similar a un tornado que a su vez interacciona con el campo magnético ensartado para formar un gigantesco generador de energía eléctrica. Las líneas de campo magnético actúan como líneas de transmisión para la energía. La corriente eléctrica sale del ecuador del agujero (en forma de electrones que fluyen hacia adentro) y remonta las líneas de campo magnético hasta el mundo anular. Allí la corriente deposita su energía. A continuación sale del mundo anular por otro conjunto de líneas de campo magnético y baja hasta los polos norte y sur del agujero (en forma de positrones que fluyen hacia adentro). Ajustando la intensidad del campo magnético, los habitantes de este mundo pueden ajustar la potencia de salida: un campo débil y una baja potencia en los primeros años del mundo; campo fuerte y alta potencia en años posteriores. Poco a poco, a medida que se extrae energía, el agujero frenará su rotación, pero necesitará muchos eones para agotar la enorme reserva de energía de rotación del agujero.

Su tripulación y las incontables generaciones de sus descendientes pueden llamar «hogar» a este mundo artificial y utilizarlo como base para futuras exploraciones del Universo. Pero no usted. Usted añora la Tierra y los amigos que dejó allí, amigos que deben haber muerto hace más de 4.000 millones de años. Su añoranza es tan grande que está dispuesto a arriesgar el último cuarto de su vida normal de unos 200 años en un peligroso y quizá temerario intento de volver a la era idílica de su juventud.

Viajar hacia el futuro es bastante fácil, como ha demostrado su viaje por los agujeros. Pero no lo es viajar hacia el pasado. De hecho, un viaje semejante podría estar completamente prohibido por las leyes fundamentales de la física. Sin embargo, AURORA le habla de especulaciones, que se remontan al siglo XXI, acerca de que el viaje hacia atrás en el tiempo podría conseguirse con la ayuda de una hipotética distorsión del espacio llamada agujero de gusano. Esta distorsión del espacio consiste en dos agujeros de entrada (las bocas del agujero de gusano), que se parecen mucho a agujeros negros aunque sin horizontes, y que pueden estar muy distantes uno de otro en el Universo. Cualquier cosa que entra por una boca se encuentra en un tubo muy corto (la garganta del agujero de gusano) que conduce de una boca a otra. El tubo no puede verse desde nuestro Universo porque se extiende a través del hiperespacio y no a través del espacio normal. Podría ser que el tiempo se conectara consigo mismo en el agujero de gusano de una manera diferente a como lo hace en nuestro Universo, explica AURORA. Atravesando el agujero de gusano en una dirección, por ejemplo desde la boca izquierda hacia la derecha, uno podría retroceder en el tiempo de nuestro Universo, mientras que atravesando el agujero de gusano en dirección opuesta, de derecha a izquierda, uno iría hacia adelante. Un agujero de gusano semejante constituiría una distorsión del tiempo tanto como una distorsión del espacio.

Las leyes de la gravedad cuántica exigen la existencia de este tipo de agujeros de gusano extraordinariamente minúsculos, le dice AURORA. Estos agujeros cuánticos deben ser tan minúsculos, de un tamaño de apenas 10^-33 centímetros, que su existencia es sólo fugaz, demasiado breve, 10^-43 segundos, para ser utilizables para viajar en el tiempo. Deben nacer súbitamente y luego desaparecer en una forma aleatoria e impredecible: aquí, allí y en cualquier parte. Muy ocasionalmente, un agujero de gusano fugaz tendrá una boca cerca del mundo anular hoy y la otra cerca de la Tierra en una época hace 4.000 millones de años cuando usted inició su viaje. AURORA propone tratar de atrapar un agujero de gusano de este tipo cuando surja, ampliarlo como un niño hincha un globo, y mantenerlo abierto el tiempo suficiente para que usted pueda viajar a través de él al hogar de su juventud.

Pero AURORA le advierte de un gran peligro. Los físicos han conjeturado, aunque nunca ha sido probado, que un instante antes de que un agujero de gusano ampliado se convierta en una máquina del tiempo, el agujero de gusano debe autodestruirse en un destello explosivo gigante. De esta forma, el Universo podría protegerse a sí mismo de las paradojas del viaje en el tiempo, tales como la de un hombre que se remonta en el tiempo y mata a su madre antes de que él fuera concebido, y de esta forma se impide a sí mismo el haber nacido y matar a su madre.

Si la conjetura de los físicos es falsa, entonces AURORA podría ser capaz de mantener abierto el agujero de gusano durante unos pocos segundos, con una garganta suficientemente grande para que usted viaje a través de ella. Esperando atentamente a que AURORA amplíe el agujero de gusano e introduciéndose entonces en él, en una fracción de segundo de su propio tiempo llegará usted a su casa en la Tierra, en la época de su juventud hace 4.000 millones de años. Pero si la máquina del tiempo se autodestruye, usted será destruido con ella. Usted decide probar suerte...

La historia anterior parece ciencia ficción. En realidad, parte de ella lo es: yo no puedo garantizarle de ninguna forma que exista un agujero negro de 10 masas solares cerca de la estrella Vega, o un agujero de un millón de masas solares en el centro de la Vía Láctea, o un agujero negro de 15 billones de masas solares en cualquier parte del Universo; todo ello es especulación aunque ficción plausible. Tampoco puedo garantizar que los seres humanos tengan éxito alguna vez en desarrollar la tecnología para viajes intergalácticos, o siquiera para viajes interestelares, o para construir mundos anulares de estructuras rígidas en torno a agujeros negros. Estas también son ficciones especulativas.

Por el contrario, puedo garantizar con bastante, aunque no completa, fiabilidad que en nuestro Universo existen agujeros negros y que tienen las propiedades descritas en la historia anterior. Si usted se mantiene en una nave espacial justo por encima del horizonte de un agujero de 15 billones de masas solares, le garantizo que las leyes de la física serán las mismas en el interior de su nave espacial que en la Tierra y que, cuando usted mire los cielos que le rodean, verá el Universo entero brillando bajo usted en un brillante y pequeño disco de luz. Le garantizo que si envía una sonda robot a las proximidades del horizonte de un agujero giratorio, por mucho que se esfuerce nunca podrá moverse hacia adelante o hacia atrás a una velocidad distinta de la propia velocidad de rotación del agujero (270 revoluciones por segundo en mi ejemplo). Garantizo que un agujero que gire con mucha velocidad puede almacenar hasta un 29 por 100 de su masa como energía de rotación y que, si uno es lo bastante ingenioso, puede extraer dicha energía y utilizarla.

¿Cómo puedo garantizar todas estas cosas con tanta certidumbre? Después de todo, yo no he visto nunca un agujero negro. Nadie lo ha visto. Los astrónomos sólo han encontrado evidencia indirecta de la existencia de agujeros negros y ninguna evidencia observacional de sus propiedades detalladas tal como aquí se exponen. ¿Cómo puedo ser tan audaz para garantizar tantas cosas acerca de ellos? Por una sencilla razón. De la misma forma que las leyes de la física predicen la pauta de las mareas oceánicas en la Tierra, la hora y altura de cada marea alta y cada marea baja, también las leyes de la física, si las entendemos correctamente, predicen estas propiedades de los agujeros negros, y las predicen sin equívocos. A partir de la descripción newtoniana de las leyes de la física es posible deducir, mediante cálculos matemáticos, la secuencia de las mareas terrestres para el año 2005 o el año 2010; análogamente, a partir de la descripción de las leyes que da la relatividad general de Einstein, es posible deducir, mediante cálculos matemáticos, todo lo que hay que saber sobre las propiedades de los agujeros negros, del horizonte hacia afuera.

¿Y por qué creo yo que la descripción de las leyes fundamentales de la física que da la relatividad general de Einstein es muy aproximada? Después de todo, sabemos que la descripción newtoniana deja de ser aproximada en las proximidades de un agujero negro.

Las descripciones acertadas de las leyes fundamentales contienen en sí mismas una indicación fuerte de dónde dejarán de ser válidas. La descripción newtoniana nos dice que probablemente fallará cerca de un agujero negro (aunque sólo en el siglo XX aprendimos a leer esto en la descripción newtoniana). Análogamente, la descripción de la relatividad general de Einstein inspira confianza en el exterior de un agujero negro, en su horizonte y en el interior del agujero hasta llegar casi (pero no del todo) a la singularidad que existe en su centro. Esto es algo que me da confianza en las predicciones de la relatividad general. Otra cosa que me da confianza es el hecho de que, aunque las predicciones de agujeros negros de la relatividad general no han sido directamente verificadas, ha habido verificaciones de alta precisión de otras características de la relatividad general en la Tierra, en el Sistema Solar y en sistemas binarios que contienen estrellas compactas y exóticas llamadas pulsares. La relatividad general ha superado todas estas pruebas con brillantes resultados.