energía negativa

En el centro de una estrella de neutrones, la materia está tan comprimida que una cucharadita pesa mil millones de toneladas. Parecería que no hay mejor lugar para buscar rastros de gravedad cuántica. Pero entre el laboratorio y la escala fundamental hay un abismo de 10⁸⁰ en densidad. Tres puertas conducen a esa habitación.

Cuando inflas un globo demasiado rápido, sus paredes empiezan a vibrar. Algo parecido le ocurrió al espacio en los primeros instantes después del Big Bang: el universo se expandía a toda prisa y la propia trama del espacio se llenó de ondulaciones.

En el lejano cosmos existe un objeto hipotético: un agujero negro ultrafrío. Está cargado y se encuentra en un universo en expansión (espacio de Sitter). Su temperatura está cerca del cero absoluto, aproximadamente una billonésima de grado por encima de él.

El universo a veces recuerda a una tela vieja: tras un rápido enfriamiento pudieron quedar pliegues: hilos finos, casi invisibles, de densidad monstruosa. Se les llama cuerdas cósmicas. Normalmente, en el centro de una de estas cuerdas se esconde una singularidad: un punto donde las leyes de la física pierden su sentido.

Dos pelotas lanzadas desde alturas diferentes caen al suelo con aceleraciones distintas. En el espacio todo es más complejo: incluso el vacío hace que los cuerpos se muevan de manera diferente.

En el corazón del motor warp está la idea de Einstein de que los cuerpos masivos curvan el espacio-tiempo — el propio escenario donde ocurren todos los eventos cósmicos. Imagina una burbuja de ese espacio-tiempo curvado.

La paradoja de los agujeros negros ha atormentado a los físicos durante décadas. Si el agujero desaparece, ¿a dónde va su contenido? Los descubrimientos de Stephen Hawking y Jacob Bekenstein demostraron que para salvar las leyes de la naturaleza se requiere un movimiento no convencional.

Un agujero negro se parece a una aspiradora perfecta: todo lo que cruza su horizonte desaparece sin dejar rastro. Pero esta aspiradora tiene una característica extraña: su 'bolsa para el polvo' crece, y por el tamaño de la bolsa se puede saber cuánto ha caído en su interior.

Un agujero negro es como un pozo sin fondo. Puedes medir cuánta agua ha caído en él mirando el nivel desde fuera. Pero, ¿cómo saber la masa del agua si estás dentro del pozo? Algo así resuelven los autores del nuevo trabajo. Han construido una «balanza» para la masa contenida en una región limitada del espacio, por ejemplo alrededor del horizonte de un agujero negro.

Un agujero de gusano es un túnel hipotético en la curvatura del espacio-tiempo que conecta dos regiones distantes del universo y potencialmente acorta el camino entre ellas.

El espacio-tiempo es como una hoja de papel gigante. Dóblala y las esquinas lejanas se acercarán. Perfórala con un lápiz y obtendrás un agujero de gusano, un túnel corto a través de los pliegues. Pero el papel tiende a enderezarse, cerrando el paso. Para mantenerlo abierto, se necesita un raro 'revestimiento': materia con energía negativa.

Un agujero negro se parece a una caja fuerte perfecta: todo lo que cae en él parece perdido para siempre. Pero a nivel microscópico no destruye la información, sino que la mezcla con sus grados internos de libertad, como una baraja de cartas después de un buen barajado.

Durante casi un siglo, los astrónomos han observado cómo las galaxias giran como si las sujetara una masa invisible. El primero en notarlo fue Fritz Zwicky, y Vera Rubin midió con precisión la velocidad de las estrellas en las afueras.

Un agujero de gusano es un túnel a través del tejido del espacio-tiempo, idea desarrollada por John Wheeler y Kip Thorne. Así como un túnel en una montaña tiende a derrumbarse, la garganta del agujero de gusano tiende a colapsar.

El café caliente sobre la mesa se enfría: el calor se extiende desde el centro caliente hacia los bordes. De manera similar, sugieren los autores, se comporta el propio universo, solo que a escalas de miles de millones de años luz.

El Universo es una enorme ciudad. La materia oscura es el armazón invisible de los edificios, y la energía oscura es la fuerza que estira las calles. Durante mucho tiempo se las consideró independientes, pero una nueva investigación las ha pillado en comunicación secreta.

Ya en la década de 1930, Fritz Zwicky notó que las velocidades de las galaxias en cúmulos eran demasiado altas para la masa visible. Más tarde, Vera Rubin confirmó esto para galaxias individuales.

Imagina una orquesta afinándose: los violines ascienden, es el familiar «chirrido» de las fusiones de agujeros negros en los detectores LIGO. Ahora imagina una marcha fúnebre: un sonido que desciende, como una sirena que se apaga. Exactamente ese es el sello de ondas gravitacionales que debería dejar un sistema donde una de las masas es negativa.

El espacio-tiempo a veces se parece a una hoja de papel en la que se puede hacer un agujero y unir los bordes con un tubo corto: se obtiene un agujero de gusano. En los modelos matemáticos más simples de estos agujeros aparecen campos escalares sin masa, algo así como una niebla invisible que lo llena todo.

Los agujeros negros no son eternos: pierden energía lentamente emitiendo entropía —una medida de información oculta— en forma de calor. Este proceso fue predicho por Stephen Hawking. Pero hasta ahora seguía siendo un misterio qué sucede al final, cuando el agujero casi ha desaparecido y debe devolver los datos capturados.

Una estrella que ha agotado su combustible colapsa sobre sí misma. Sus capas externas se dispersan y su núcleo se comprime hasta densidades inimaginables. Alguna vez se pensó que este proceso terminaba en un punto —una singularidad— donde las leyes de la física se rompen.

Una olla hirviendo en la que de vez en cuando revientan burbujas de vapor: así se parecía el universo temprano. Todo el espacio estaba lleno de un campo en estado de falso vacío, como agua sobrecalentada por encima del punto de ebullición.

Un enorme remolino gira a gran velocidad. Si lanzas una cuerda dentro, fijando un extremo en el borde y dejando el otro fuera, el remolino comenzará a enrollar la cuerda sobre sí mismo, haciéndola girar. Algo así se comporta una cuerda cósmica cerca de un agujero negro en rotación.

Cuando las estrellas en los bordes de las galaxias giran más rápido de lo calculado, normalmente se supone la existencia de materia oscura oculta. Un nuevo trabajo prescinde de partículas invisibles.

La imagen habitual: la gravedad siempre atrae. Pero si la masa se encuentra en superposición cuántica —es decir, en dos puntos a la vez, como un objeto en una fotografía de doble exposición—, todo se invierte.

La gravedad siempre atrae: una manzana cae hacia abajo, los planetas giran en órbitas. Pero colocando la fuente de gravedad en dos lugares a la vez, se puede lograr lo contrario. Los físicos han propuesto un experimento: un cuerpo masivo se lleva a un estado cuántico, difuminándolo por el espacio como una nube.

Materia oscura, posiblemente no son partículas, sino agujeros negros de los tiempos del Big Bang.

El Universo se expande cada vez más rápido, como masa de levadura en la cocina. A esta expansión la ayuda la energía oscura, el azúcar cósmico. Desde que a finales de los 90 astrónomos como Adam Riess notaron la aceleración, se buscó la causa.

Un cohete normal no puede acelerar más rápido que la luz. Pero hay un truco: no mover la nave, sino comprimir el espacio frente a ella y expandirlo detrás.

Los vortones son anillos cósmicos invisibles, bucles cerrados de espaciotiempo curvado. Más finos que un átomo pero más pesados que las estrellas, estos vestigios del Big Bang giran como tiovivos gigantes, arrastrando todo a su alrededor.

Un agujero negro no es un embudo sin fondo, sino una olla cósmica. En su interior, la materia obedece leyes que nos son familiares por el comportamiento del agua: en ciertas condiciones se asemeja al vapor hirviente, en otras, a un líquido que se enfría.

El telescopio James Webb ha vislumbrado en el universo temprano un reguero de objetos compactos apodados «pequeños puntos rojos». Son demasiado rojos y demasiado tenues para ser cuásares ordinarios, y los astrofísicos se devanan los sesos tratando de averiguar qué los alimenta.