El agujero de gusano oruga: la nueva teoría cuántica que conecta dos agujeros negros
En el corazón del caos cuántico, dos agujeros negros podrían compartir algo más que gravedad: una oruga de espacio-tiempo que los conecta. Una nueva teoría describe cómo el desorden cuántico estira los límites del cosmos.
Por Enrique Coperías
Ilustración conceptual de sos agujeros negros unidos por una oruga de luz cuántica. Según un estudio reciente, el caos cuántico podría estirar el espacio-tiempo hasta formar túneles que enlazan regiones lejanas del universo. Imagen generada con DALL-E
Dentro de la física teórica contemporánea, hay ideas que parecen sacadas de una novela de ciencia ficción y, sin embargo, surgen del intento más riguroso de comprender cómo se une la gravedad con la mecánica cuántica.
Una de ellas es la conjetura ER = EPR, propuesta hace más de una década por el físico teórico argentino Juan Maldacena y el físico teórico estadounidense Leonard Susskind. Según esta audaz hipótesis, un agujero de gusano o puente de Einstein-Rosen (por los dos físicos que lo describieron)—una especie de puente que conecta dos regiones del espacio-tiempo— sería la contracara geométrica del entrelazamiento cuántico entre dos sistemas. Donde hay correlaciones cuánticas, podría haber, de algún modo, un atajo en el tejido del espacio-tiempo.
Hasta ahora, los físicos habían identificado un caso muy particular en el que esa equivalencia parecía cumplirse: el llamado estado de doble campo térmico (TFD, por sus siglas en inglés), que describe dos agujeros negros idénticos y en equilibrio, conectados por un túnel suave y simétrico. Pero ese escenario era demasiado idealizado, casi artificial. La pregunta que inquietaba a los investigadores era otra: ¿pueden los agujeros negros típicos del universo, o sea, aquellos que no se encuentran en un estado tan perfectamente ajustado, estar conectados también por un puente del espacio-tiempo?
Esa es precisamente la cuestión que aborda el nuevo trabajo de Javier M. Magán, del Instituto Balseiro (Argentina); y Martín Sasieta y Brian Swingle, de la Universidad de Brandeis (EE. UU.), publicado en la revista Physical Review Letters. Y su respuesta, sorprendentemente, es un sí rotundo: incluso los estados cuánticos más desordenados y genéricos pueden tener una descripción semiclásica como un agujero de gusano… aunque uno muy largo, tortuoso y lleno de irregularidades. Tanto, que los autores lo bautizan con un nombre evocador: el agujero de gusano oruga u oruga de Einstein-Rosen.
Del entrelazamiento al túnel gravitatorio
El punto de partida de esta interesante apuesta es un principio fundamental de la física moderna: el entrelazamiento cuántico. Cuando dos partículas —o dos sistemas cuánticos más complejos— están entrelazados, sus estados permanecen correlacionados sin importar la distancia que los separe. Lo que ocurre en uno influye instantáneamente en el otro, aunque no haya mediación física directa.
En la correspondencia holográfica, una poderosa herramienta matemática que relaciona teorías cuánticas sin gravedad con espacios curvos que sí la incluyen, esa correlación se traduce en geometría. Dos sistemas entrelazados pueden interpretarse como las dos bocas de un agujero de gusano, un puente de Einstein-Rosen que conecta sus interiores.
El caso más conocido es el del estado TFD, en el que cada sistema corresponde a un agujero negro y el conjunto describe un espacio-tiempo conectado por un túnel suave y simétrico entre ambos. Pero ese ejemplo es extraordinariamente especial: requiere una correlación perfecta y simétrica, casi imposible en la naturaleza. La mayoría de los estados entrelazados —los que los físicos llaman típicos— son caóticos, sin simetría ni fineza matemática. Lo que Magán, Sasieta y Swingle querían saber era si también esos estados desordenados pueden tener un interior geométrico.
Orugas cuánticas en el espacio-tiempo
Para explorarlo, los autores construyen un modelo que evoluciona desde el estado TFD hacia algo cada vez más caótico. Lo hacen mediante lo que puede definirse como un circuito cuántico aleatorio, un proceso en el que las interacciones entre las partes del sistema varían continuamente y de forma impredecible, como si a cada instante el universo lanzara los dados para decidir qué sucede.
Sin embargo, si esa evolución fuera puramente aleatoria, el sistema acabaría sobrecalentándose: el agujero negro aumentaría su energía y se perdería la correspondencia con un estado de equilibrio. Para evitarlo, los físicos introducen una especie de enfriamiento gradual, un procedimiento que atenúa el caos a medida que se genera. El resultado es una familia de estados intermedios entre el orden perfecto del TFD y el desorden total del entrelazamiento típico.
Cuando esos estados se interpretan en términos geométricos, el espacio-tiempo que los representa ya no es una garganta lisa, sino un túnel alargado, lleno de irregularidades y grumos de materia: un agujero de gusano con forma de oruga. Cada pequeña inhomogeneidad cuántica del sistema se traduce en un bulto o segmento de la oruga. Cuanto más caótico es el estado, más larga y accidentada se vuelve la estructura. En el límite, la oruga se extiende indefinidamente, serpenteando entre los dos agujeros negros.
La complejidad cuántica como geometría del espacio-tiempo
Uno de los resultados más sugerentes del estudio es una nueva forma de cuantificar la relación entre el caos cuántico y la geometría del espacio-tiempo. En los últimos años, varios trabajos inspirados en ideas de Susskind habían sugerido que la complejidad cuántica de un estado (el número de operaciones necesarias para prepararlo) podría medirse como el volumen del interior de un agujero negro o la longitud de un agujero de gusano.
El modelo de Magán y sus colegas ofrece una confirmación matemática de esa intuición. A medida que el circuito cuántico se vuelve más aleatorio, el agujero de gusano crece. Los autores demuestran que la longitud media del túnel está directamente relacionada con el grado de aleatoriedad del entrelazamiento: cuanto más desorden cuántico hay, más larga es la oruga. Es lo que ellos formulan como una equivalencia precisa: «longitud = aleatoriedad».
En términos técnicos, logran conectar una noción microscópica de diseño cuántico —una medida de cuán indistinguible es un conjunto de estados del verdadero desorden aleatorio— con la longitud macroscópica del agujero de gusano. Dicho en lenguaje llano: cuando el sistema cuántico se parece estadísticamente al caos total, el túnel gravitatorio que lo representa se ha estirado al máximo.
Una ventana al interior típico de los agujeros negros
Este hallazgo no es solo una curiosidad geométrica. Toca el corazón de una de las controversias más profundas de la física de los agujeros negros: la paradoja del muro de fuego. Según algunas interpretaciones, los estados típicos de un agujero negro deberían tener un interior violento, donde la información cuántica se destruye abruptamente al cruzar el horizonte. Otros físicos, en cambio, sostienen que el interior permanece suave y que el entrelazamiento cuántico preserva la continuidad del espacio-tiempo.
Los autores del estudio sugieren que sus orugas cuánticas podrían ofrecer una nueva perspectiva. En su modelo, incluso los estados típicos —aparentemente caóticos— conservan una descripción semiclásica con un interior conectado. En otras palabras, la mayoría de los agujeros negros podrían seguir unidos por un túnel, aunque este sea largo y rugoso.
Distinguir entre un estado con firewall y uno sin él sería extraordinariamente difícil, porque ambos serían casi indistinguibles estadísticamente. La frontera entre una descripción y otra podría, en cierto sentido, carecer de significado físico.
Representación del agujero de gusano oruga, un túnel del espacio-tiempo largo y ondulado que conecta dos agujeros negros. Su forma irregular refleja cómo el desorden cuántico puede estirar y deformar el tejido del universo. Cortesía: Javier M. Magán, Martin Sasieta and Brian Swingle
De la teoría a la experimentación cuántica
El trabajo de Magán, Sasieta y Swingle también se inscribe en un movimiento más amplio conocido como gravedad cuántica en el laboratorio. En los últimos años, varios grupos de astrofísicos han propuesto simular agujeros negros y agujeros de gusano mediante sistemas cuánticos controlados, como ordenadores cuánticos o materiales ultrafríos.
En 2022, un experimento en Google Quantum publicado en la revista Nature mostró un primer atisbo de teletransporte cuántico a través de un miniagujero de gusano simulado.
Los autores imaginan que sus orugas cuánticas también podrían reproducirse en entornos de laboratorio, aunque advierten de que hacerlo sería técnicamente desafiante. Su procedimiento implica operaciones no unitarias —el enfriamiento gradual— que solo podrían implementarse mediante postselección o técnicas de evolución imaginaria. Aun así, proponen que construir estos estados sería una forma directa de «probar el interior de un agujero negro» en un sistema controlado.
Entre el caos y la continuidad del espacio-tiempo
En última instancia, el estudio ilumina una idea tan poética como profunda: el caos cuántico y la continuidad del espacio-tiempo podrían ser dos caras de la misma moneda. El interior de un agujero negro —esa región de la que nada puede escapar— podría no ser una entidad fija, sino una manifestación emergente del grado de entrelazamiento y complejidad cuántica del estado que lo describe.
El agujero de gusano oruga es, en este sentido, una metáfora tangible. Representa la transición entre un universo ordenado, donde el espacio es una estructura lisa, y uno donde la información y la geometría se entremezclan en un tapiz cuántico de irregularidades. Cuanto más enmarañado el tejido de la información, más sinuoso el túnel que lo une.
Como escribe el propio equipo en Physical Review Letters, estos resultados «ofrecen una ventana al interior genérico del espacio de Hilbert [el lugar matemático donde viven los estados cuánticos posibles de un sistema] de los agujeros negros». Una frase técnica que, traducida al lenguaje común, significa que quizá la mayoría de los agujeros negros —no los ideales, sino los reales y desordenados— esconden orugas cuánticas en su interior. Y que, lejos de ser una excepción, el entrelazamiento cuántico podría ser la esencia misma de la estructura del espacio y el tiempo.▪️
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Fuente: Javier M. Magán, Martin Sasieta and Brian Swingle. Semiclassical Wormholes toward Typical Entangled States. Physical Review Letters (2025). DOI: https://doi.org/10.1103/btw6-44ry
