Se estudian agujeros de gusano euclidianos de tipo «copa de vino», que median la nucleación de espacio-tiempos inflacionarios a partir de un universo existente con regiones asintóticamente planas o anti-de Sitter. Tales agujeros presentan un máximo local del factor de escala, lo que tras la continuación analítica a la métrica lorentziana asegura la expansión del universo nacido. Se presentan soluciones numéricas explícitas, soportadas por un campo gauge axiónico o magnético junto con un campo escalar autointeractuante; también se describen soluciones exóticas con varios extremos del factor de escala. En el límite de carga axiónica o magnética pequeña, las soluciones se descomponen en dos geometrías separadas: un espacio-tiempo de fondo y un instantón disconexo sin fronteras. Se investiga en detalle la transición correspondiente con cambio de topología, y se discuten las propiedades y paradojas características de esta familia general de instantones de tipo «copa de vino»/sin fronteras.
A pesar del éxito del modelo de inflación propuesto por Guth, sigue siendo un misterio cómo comenzó exactamente. La evolución clásica se topa con la singularidad del Big Bang. Los escenarios cuánticos incluyen ya sea el tunelamiento desde un universo preexistente (agujeros de gusano) o el nacimiento desde la 'nada' (Hawking y Hartle). Durante mucho tiempo estos enfoques se consideraron independientes, pero un nuevo trabajo demuestra su profunda conexión.
Los autores resolvieron numéricamente las ecuaciones euclidianas de Einstein con materia en forma de campo axiónico o carga magnética y un escalar autointeractuante con un potencial que tiene un máximo y un mínimo. Usando el método de disparo, ajustaron las condiciones iniciales para asegurar un espacio asintóticamente plano o AdS en un extremo y un máximo local del factor de escala en el otro.
Se encontraron agujeros de gusano con una forma característica del factor de escala: 'borde' (máximo local), 'tallo' (mínimo) y 'base' (asintótica). La transición en la región del tallo se caracteriza por una curvatura extrema del espacio-tiempo. Para cargas axiónicas (o magnéticas) pequeñas, el campo escalar comienza cerca de la cima del potencial, lo que después de la continuación analítica a la signatura lorentziana produce una larga inflación. La acción euclidiana (peso en la integral de Feynman) disminuye al reducirse la carga, de modo que los universos con mayor duración de la inflación resultan más probables. En el límite de carga tendiendo a cero, el tallo desaparece y la geometría se divide en dos partes desconectadas: un instantón sin frontera (esfera de de Sitter) y el espacio de fondo. El factor de peso transiciona suavemente al valor -S ≈ 118.4 para el vacío inflacionario en la cima del potencial. También se encontraron soluciones exóticas con múltiples puentes o que cruzan varias barreras, pero están suprimidas.
Este descubrimiento borra la línea entre dos paradigmas de la cosmología cuántica: los agujeros de gusano y el estado sin frontera de Hawking. Señala la posibilidad de cambios topológicos en la gravedad cuántica y apoya la idea de que diferentes topologías contribuyen a la función de onda del Universo. Además, proporciona de manera natural las condiciones iniciales para la inflación.
Investigaciones futuras pueden incluir el análisis de estabilidad de estas soluciones, la búsqueda de análogos complejos (fuzzy) y el estudio de su rol en la determinación del contorno de integración para la integral de caminos gravitacional. También es importante entender cómo estas configuraciones encajan en la teoría cosmológica de la medida y resuelven el problema de las probabilidades iniciales.
El trabajo impacta en la cosmología inflacionaria, la teoría de cuerdas (a través de la correspondencia AdS/CFT) y la interpretación de los datos del fondo cósmico de microondas, que limita la escala de inflación.
Los próximos pasos incluyen calcular el espectro de perturbaciones generadas en estos escenarios y verificar el cumplimiento del criterio de admisibilidad de Kontsevich–Segal–Witten.
Conexión con problemas no resueltos: el problema de las condiciones iniciales para la inflación, el problema de la medida en la inflación eterna y la paradoja de factorización en AdS/CFT.
🎯 La forma del factor de escala de estos agujeros de gusano recuerda a una copa de vino: una copa ancha (el futuro universo), un tallo que se estrecha (la garganta) y una base (la asintótica). De ahí su nombre poético.
🎬 En la película 'Interestelar', los agujeros de gusano sirven como pasajes entre galaxias, mientras que aquí actúan como cunas para universos enteros —aunque solo a nivel cuántico.