Sean Carroll: La ciencia de Interstellar
Sean Carroll, autor de La partícula al final del universo. Del bosón de Higgs al umbral de un nuevo mundo, es cosmólogo en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), donde también trabaja Kip Thorne, asesor científico de Interstellar, la película de Christopher Nolan que ha puesto los agujeros negros y agujeros de gusano en boca del gran público. En el texto que sigue (extraído de sendas entrevistas para Sloan Science & Film y Yahoo! Movies), Carroll ofrece su opinión sobre la ciencia y otros aspectos del film de Nolan.
[AVISO: ESTA ENTRADA CONTIENE SPOILERS]
Pregunta (Sloan Science and Film): Empecemos por la premisa básica de la película. Los protagonistas parten en busca de otro planeta donde la humanidad pueda sobrevivir. ¿Hasta qué punto es esto posible?
Respuesta (Sean Carroll): No cabe duda de que hay muchísimos planetas en el universo. Vivimos en una galaxia con más de 100.000 millones de estrellas, y tenemos motivos para suponer que muchas de estas estrellas tienen planetas. Además, los datos de los telescopios parecen indicar que una gran proporción de dichas estrellas tienen planetas a su alrededor, de varias formas, tamaños y condiciones. Por lo tanto, es muy probable que algunos de estos planetas posean condiciones similares a las de la Tierra. Pero no podemos saber a ciencia cierta cuántos de ellos podrían ser susceptibles de albergar vida. Es todo muy especulativo. La posibilidad existe, pero no hay manera de saberlo.
P: Los personajes utilizan un agujero de gusano para viajar a través del espacio. ¿Nos puede dar una definición básica de qué es un agujero de gusano?
R: La mejor manera de entender un agujero de gusano es como un atajo a través del espacio-tiempo. La gran aportación de Einstein en la relatividad general consistió en decir que el espacio y el tiempo son curvos, que poseen una dinámica propia, y que se pueden curvar y estirar, cosa que experimentamos en forma de la gravedad. Normalmente, si estamos en el Sistema Solar, bajo la influencia de la atracción de la Tierra o del Sol, dicha atracción es moderada, pero una vez que damos rienda suelta a nuestra imaginación, podemos suponer que existe un tubo que conecta dos regiones distantes del espacio-tiempo. Sin duda, el espacio-tiempo podría curvarse de esta manera. Lo asombroso es que la distancia entre dos lugares muy remotos en el universo podría ser corta a través de un agujero negro.
«Hace unos años, discutí con mi amigo Kip Thorne sobre las ideas que Lynda Obst y él tenían para filmar una película de ciencia ficción sobre agujeros de gusano. Dichas ideas acabaron formando parte de la película Interstellar, de Christopher Nolan. Kip y yo asistimos a su estreno en el Reino Unido. Kip también aparece en el film sobre mi vida, La teoría del todo, que se estrenará próximamente.» Stephen Hawking
P: Pero esto es algo teórico, ¿no? No se ha demostrado la existencia de los agujeros de gusano.
R: No. De hecho, probablemente no existan. Lo que tenemos es una buena teoría. La teoría de la relatividad general de Einstein nos da una cierta idea de lo que debería cumplirse para que hubiese agujeros de gusano. Pero hay un par de problemas: Si quisiésemos tener un agujero de gusano, y quisiésemos mantenerlo abierto, necesitaríamos una cantidad negativa de energía. En grandes cantidades, la energía normalmente es positiva. Puede haber pequeñas fluctuaciones cuánticas que hagan que sea fugazmente negativa pero, en general, las energías son positivas.
Podemos imaginar un agujero de gusano de tamaño microscópico, que sería algo extraordinariamente fascinante, pero si lo que queremos es un agujero grande, por el que pueda pasar una nave espacial, es de suponer que se necesitaría una cantidad astronómica de energía para crearlo y mantenerlo abierto. Además, para empezar, ni siquiera sabemos cómo crear un agujero de gusano. Si tratásemos de hacerlo, probablemente colapsaría para dar lugar a un agujero negro, que no nos sería nada útil. No lo sabemos con certeza, pero lo más probable es que los agujeros de gusano no existan en la naturaleza.
P: ¿Qué le sucede al tiempo en el otro extremo de un agujero de gusano?
R: Imaginemos un agujero de gusano lo suficientemente grande y uniforme: sería un lugar donde el espacio tiempo es curvo, y el espacio-tiempo curvo equivale a la gravedad, y la gravedad puede aplastarnos hasta matarnos, o estirarnos hasta despedazarnos. Si el agujero de gusano es pequeño, es poco factible viajar a través de él, por lo que se necesita un agujero muy grande.
Aquí es donde la cosa se pone interesante. En relatividad, la idea de que el tiempo es el mismo para todo el mundo deja de ser válida. Cuando dos lugares del universo están separados por una gran distancia, la relatividad nos dice que debemos renunciar a la idea de la simultaneidad (que algo sucede al mismo tiempo aquí y allá). Si tenemos un agujero de gusano que conecta estos dos lugares, no hay manera de responder a la pregunta de si saldríamos en ese mismo instante. Depende de cómo dividamos el espacio-tiempo. Lo que Kip Thorne ayudó a desarrollar es la idea de que, si pudiésemos manipular los agujeros de gusano de una manera suficientemente drástica, podríamos de hecho viajar hacia atrás en el tiempo. Como el espacio y el tiempo están unidos en un espacio-tiempo tetradimensional, igual que tomamos un atajo de un punto del espacio a otro, con una pequeña variación podríamos tomar un atajo desde un instante a otro.
P: La otra sorpresa de la película es un agujero negro. La existencia de agujeros negros es algo más demostrable que la de los agujeros de gusano, ¿no es cierto?
R: Sí, es casi seguro que los agujeros negros existen. Disponemos de evidencias fiables en el mundo real. Tenemos datos astrofísicos que afirman que hay agujeros negros ahí fuera. Es posible que el centro de nuestra galaxia haya un agujero negro cuya masa es un millón de veces mayor que la del Sol. Pero si caemos en uno de ellos, moriremos. No son muy buenos para viajar.
P: ¿Qué es exactamente un agujero negro?
R: Un agujero negro es un lugar del universo donde el campo gravitatorio es tan extremo que, una vez que entramos en él, nunca más podremos salir de él. Nos veremos atraídos hacia un punto de densidad infinita —una singularidad— donde acabaremos aplastados.
P: ¿Qué experimentaríamos dentro de un agujero negro?
R: Depende de lo grande que sea. Cuanto más pequeño, más intensos son sus efectos, porque se llega antes a la singularidad. Si se trata de un agujero negro muy grande, puede que, en un principio, ni siquiera nos diésemos cuenta de que estamos dentro de él. Transcurirría mucho tiempo antes de alcanzar la singularidad. El proceso que experimentaríamos se conoce como «espaguetización». Si cayésemos con la cabeza por delante, la atracción gavitoria sobre ella sería más intensa que sobre nuestros pies, porque la cabeza está más cerca, de manera que la cabeza se iría separando de los pies y nos convertiríamos en un espagueti fino y alargado antes de acabar despedazados.
[…]
P: Aparentemente, el mundo de la mecánica cuántica le proporciona a la ciencia ficción perspectivas completamente nuevas de las cosas. Las reglas dejan de ser válidas y tenemos más posibilidades (como, por ejemplo, que las partículas al mismo tiempo existan y no existan).
R: Sí, pero los cineastas deben ser especialmente cuidadosos con esto. La mecánica cuántica es extraña y contraria al sentido común, y pueden suceder cosas disparatadas, pero en ella existen tantas reglas como en otros campos de la ciencia. Esa extrañeza parece una licencia para pasárselo bien, pero hay que reflexionar detenidamente sobre cuáles pueden ser las consecuencias.
Creo que muchos cineastas desaprovechan una oportunidad al no pensar como científicos. Tanto si una película cumple o no las reglas de la física, sí debe cumplir algún conjunto de reglas. Si no lo hace, no tendrá ningún interés.
Pregunta (Yahoo! Movies): ¿En qué medida la película se basa en ciencia válida y sólida, y hasta qué punto va más allá de la ciencia actual?
Respuesta (Sean Carroll): La idea de la dilatación temporal y de que el hecho de visitar las proximidades del agujero negro nos trasladaría de cierta manera al futuro, así como la apariencia del agujero negro y del agujero de gusano, es todo buena ciencia, muy respetable. El agujero de gusano en sí, la idea de que exista uno que conecta nuestra galaxia con otra, es más especulativo. Es plausible, es algo que las sólidas evidencias de que disponemos actualmente no permiten descatar.
Luego está la parte del final, donde entran de hecho en un agujero negro y utilizan un teseracto para visitar e influir sobre el pasado, y después de alguna manera vuelven a salir del agujero negro. Eso, en mi opinión, va mucho más allá de lo que podríamos considerar actualmente ciencia plausible. Pero las cosas que no sabemos con certeza son suficientes como para que siempre podamos decir «bueno, quién sabe…»
P: ¿Hay alguna teoría científica que podría hacer posible todo lo que sucede al final?
R: Creo que es básicamente magia. Pero algunas de las frases que dicen los personajes, si las entendí bien, se supone que indican que no era un fenómeno que ocurriese de manera natural, sino que lo había montado una especie mucho más avanzada que vive en un espacio-tiempo de más dimensiones y ha aprendido mucho sobre cómo manipular las leyes de la naturaleza.
Recordemos que en la película hay una breve discusión sobre cómo alguien podría realmente vivir en más dimensiones, y cómo verían el tiempo como un lugar que podrían visitar, al que podrían ir y volver. Imagino que se supone que debemos pensar que eso es lo que sucedió. No es simplemente que Matthew McConaughey cayese en un agujero negro, sino que una especie que sabe mucho más que nosotros nos está manipulando, y son capaces de hacer cosas que nosotros no sabemos cómo conseguir.
P: ¿La librería tenía algo de científico?
R: Creo que eso es completamente especulativo. Claramente, para que McConaughey pueda ver algo en absoluto, el único lugar del que puede proceder la librería y el teseracto es su propia imaginación, y eso no es algo que veríamos si usted o yo cayésemos en un agujero negro. Creo que debe ser algo construido artificialmente. Creo que el mayor acto de fe que la película nos exige es aceptar no solo que hay algunas leyes físicas que no comprendemos, lo cual es sin duda cierto, sino que existe una especie hiperavanzada distinta de la humana que ha aprendido a manipularlas y que aquí le echan una mano a nuestro héroe.
P: Entonces, está en el agujero negro, enviándole un mensaje a su hija mediante código Morse. Después, desaparece y lo vuelven a encontrar. ¿Cómo podría uno salir de un agujero negro, aunque sea de forma especulativa?
R: Creo que tengo una cierta idea, pero es algo que en la película no se desarrolla. Nos falta alguna información adicional. Recordemos que en varias ocasiones se hace referencia a las dimensiones adicionales y al «bulk». Esto tiene aquí una papel fundamental, del que nunca se llega a hablar explícitamente. La idea es que en nuestro mundo hay tres dimensiones espaciales y una temporal, cuatro en total, y quizá nuestro mundo sea como el extremo de un algún otro mundo que posee una dimensión adicional.
Así pues, podría existir un mundo con cuatro dimensiones espaciales y una temporal, y que nosotros nos encontremos en su borde. Y este universo pentadimensional es lo que los físicos llaman «espacio-tiempo bulk». Y si eso es cierto —que podría serlo o no—, entonces no solo hay agujeros de gusano, sino que existe otro tipo de atajo fuera de nuestro espacio-tiempo ordinario. Creo que la idea es especulativa, pero no absolutamente imposible. Si estamos limitados a nuestro espacio-tiempo de cuatro dimensiones, no podemos salir de un agujero negro, de su horizonte de sucesos. Pero, si tuviésemos esa capacidad, quizá sí podríamos escapar pasando a la dimensión adicional y volviendo aquí de nuevo.
Pero yo creo que a nuestro héroe, Cooper, básicamente lo rescataron después que un ser que vive en más dimensiones le proporcionase de alguna manera la capacidad de influir sobre el pasado a través del teseracto. Creo que esos seres lo rescataron sacándolo de nuestro universo tetradimensional ordinario hacia una quinta dimensión, y que luego de alguna manera lo devolvieron a nuestro mundo.
P: Anne Hathaway afirma en un momento dado que el amor es algo científico. ¿Qué le pareció eso como científico?
No me gustó. Ningún científico diría eso en la vida real. No es falso, pero no es lo que diría un científico, porque los científicos tienen mucho cuidado con el significado de las palabras que utilizan. Si uno quiere decir que el amor es una fuerza, puede ser cierto si se utiliza determinada definición de «fuerza», pero no sería la definición que utilizaría un físico. Sería una licencia poética que se permitirían los científicos.
Fuentes:
‘Interstellar’: A Physicist Explains That Crazy Ending | Yahoo! Movies
Black Holes, Wormholes and Christopher Nolan’s Interstellar | Sloan Science & Film
Más de Sean Carroll:
The Science of Interstellar | Preposterous Universe (el blog de Sean Carroll)
La partícula al final del universo, de Sean Carroll | Biblioteca de Por amor a la ciencia
Sean Carroll explica la importancia del modelo de la inflación cósmica | Por amor a la ciencia
Sean Carroll: Las diez cosas más asombrosas del bosón de Higgs | Por amor a la ciencia
Otras lecturas sobre Interstellar:
Neil deGrasse Tyson Feparates Fact From Fiction in Interstellar | NPR
The Metaphysics of Interstellar. A Conversation With Christopher Nolan and Kip Thorne | Wired
Beyond. A Story in Five Dimensions (Directed by Christopher Nolan) | Wired
Twittear