¿Qué son los agujeros de gusano de concha delgada y gruesa?

La forma más fácil de reconocer la diferencia entre los agujeros de gusano de capa fina y de capa gruesa es mediante su representación en la ciencia ficción.

Los agujeros de gusano de capa delgada son discos aplanados sin garganta llamados “puerta estelar” o “portal”. [1]

Los agujeros de gusano de capa gruesa tienen gargantas, el “tubo” por el que vuelan los personajes. [2]

Notas técnicas : La diferencia técnica entre agujeros de gusano de capa fina y capa gruesa.

Si miramos la imagen de arriba del agujero de gusano de capa gruesa notamos 3 regiones distintas: 2 bocas o regiones abocinadas conectadas por una garganta. Un requisito para un agujero de gusano transitable es que la garganta debe mantenerse abierta y revestida con una densidad de energía de estrés que viole las condiciones de energía de la Relatividad General, la fuente de dicha energía de estrés a menudo se llama “materia exótica”.

Para simplificar los cálculos e investigar la estabilidad de los agujeros de gusano transitables, Matt Visser introdujo un método de cortar y pegar (sí, ese es el nombre técnico) donde se corta la garganta y se pegan las 2 bocas, dejando la materia exótica en un Anillo infinitesimalmente delgado que conecta las bocas. Este es su agujero de gusano de capa delgada y que también se conoce como Visser Wormhole.

Este anillo infinitamente delgado de materia exótica implica que hay una energía de estrés infinitamente densa que podría parecerse a una singularidad. Este no es el caso. La métrica es continua en la discontinuidad pero no uniforme. Son las derivadas de la métrica las que no son continuas (piense en la cúspide en el cálculo básico donde una función es continua incluso si sus derivadas en algún momento no lo son). Esta discontinuidad en la métrica del espacio-tiempo de los agujeros de gusano de caparazón delgado descarta efectivamente encontrarlos o crearlos.

El valor de los agujeros de gusano de capa delgada es que son un agujero de gusano de caso más simple que nos permite, por ejemplo, conjurar diferentes ecuaciones de estado y estudiar cómo afectan la estabilidad del agujero de gusano. La ecuación de estado es la de la materia exótica y transmite el mismo significado que, por ejemplo, la ley del Gas Ideal en química básica.

Un agujero de gusano de capa delgada tiene un solo grado de libertad: el diámetro de la puerta estelar (es decir, el radio del anillo de materia exótica). Usando esto, se puede definir un potencial efectivo en función del radio del agujero de gusano. Esta es la misma idea que se encuentra en física básica o química relacionada con la separación molecular. La dinámica de un agujero de gusano se rige por la interacción entre la energía de estrés positiva de la materia normal y la energía de estrés negativa de la materia exótica que mantiene abierto el agujero de gusano.

Digamos que tenemos un agujero de gusano de capa delgada definido por el potencial efectivo que se muestra a continuación (la imagen se refiere a moléculas pero la idea es la misma) [3]. En la ubicación 1, la garganta del agujero de gusano está casi cerrada. La energía negativa fuerza el diámetro del agujero de gusano abierto hasta que alcanza el punto 3, el radio más estable. La posición 2 es una posición de equilibrio inestable donde las perturbaciones pueden empujar el agujero de gusano a colapsar a la posición 3 o expandirlo a un radio infinito, potencialmente envolviendo el universo.

El estudio de los agujeros de gusano de capa gruesa es el mismo que el de los de caparazón delgado, que son solo un caso idealizado para el análisis. Para ver cómo se ve esto en el nivel de física de la escuela de posgrado, eche un vistazo aquí https://arxiv.org/pdf/1205.2224v… por ejemplo.

Créditos de imagen:

[1] https://arxiv.org/pdf/1502.03809…

[2] La catedral del espacio y la supervivencia de la marca en interestelar

[3] Cómo dispersar y estabilizar pigmentos