¿Por qué el tiempo avanza? Científicos están
desvelando el misterio de la flecha del tiempo
Una nueva
investigación, que examina las interacciones entre las neuronas microscópicas
de las salamandras, arroja nuevos avances al misterio de la "flecha del
tiempo".
Los investigadores exploraron cómo la flecha
del tiempo podía descomponerse observando partes específicas de un sistema y
las interacciones entre ellas. Pocas cosas son tan obvias, por
decirlo de alguna manera, o universales de nuestra experiencia de la vida como
el paso
del tiempo. Por lo que quizás muchos no nos detengamos a pensar sobre el
flujo del tiempo del pasado al futuro. No obstante, desde el punto de vista
científico el tema es de relevancia, y la
física que explica por qué el tiempo avanza, lo que se conoce también como
"flecha del tiempo", sigue siendo un gran misterio. ¿Qué es entonces el tiempo y por
qué lo experimentamos como algo que tiene una dirección, con un pasado y un
futuro? En un nuevo estudio, científicos de la Universidad de la Ciudad de
Nueva York (CUNY), en Estados Unidos, con el fin de comprender el flujo del
tiempo que experimentamos en la vida, han desglosado esta "flecha del
tiempo" hasta un nivel físico microscópico. La
tendencia del universo al desorden nos da la experiencia de que el tiempo fluye
La
flecha del tiempo surge fundamentalmente de la segunda ley de la
termodinámica: el principio de que las disposiciones microscópicas de los
sistemas físicos tienden a aumentar su aleatoriedad, pasando del orden al desorden,
un proceso conocido como entropía, según un
comunicado de prensa del CUNY.
Cuanto más desordenado se vuelve un
sistema, más difícil le resulta encontrar el camino de vuelta a un estado
ordenado, y más fuerte es la flecha del tiempo. En resumen, según el
comunicado, la
tendencia del universo al desorden es la razón fundamental por la que
experimentamos que el tiempo fluye en una dirección. "Todo lo que percibimos como
diferencia entre el pasado y el futuro se deriva fundamentalmente de ese
principio sobre el universo", dijo Christopher Lynn, autor principal del
estudio. Lynn dijo que su motivación para el estudio era "comprender cómo
las flechas del tiempo que vemos en la vida" encajan en esta idea más
amplia de entropía a escala de todo
el universo. Análisis
de la retina de una salamandra a nivel microscópico
Lynn y sus colegas del Centro de
Postgrado de la Universidad de Nueva York y de Princeton se propusieron así
estudiar la flecha del tiempo analizando la retina de una salamandra a nivel
microscópico para examinar las interacciones entre las neuronas de los anfibios
en respuesta a la visualización de una película y ver si el movimiento del
tiempo –invisible a simple vista– puede verse.
"Las dos preguntas que se
planteaba nuestro equipo eran: si observamos un sistema concreto, ¿seremos
capaces de cuantificar la fuerza de su flecha del tiempo, y seremos capaces de
ordenar cómo surge desde la microescala, donde interactúan las células y las
neuronas, hasta el sistema completo?", afirmó Lynn. "Nuestros
descubrimientos proporcionan el primer paso hacia la comprensión de cómo la
flecha del tiempo que experimentamos en la vida diaria emerge de estos detalles
más microscópicos", agregó. Según los científicos, que publicaron su investigación en la revista Physical Review Letters, los
resultados podrían tener importantes implicaciones en diversas disciplinas,
como la física, la neurociencia y la biología. El
experimento: descomponer la flecha del tiempo Para empezar a responder a las
preguntas –cuantificar la fuerza de la flecha del tiempo, y ver cómo surge,
además determinar si podían detectar signos de "irreversibilidad
local"– los investigadores exploraron cómo la flecha del tiempo podía
descomponerse observando partes específicas de un sistema y las interacciones
entre ellas. Según el comunicado, las partes,
por ejemplo, podrían ser las neuronas que funcionan dentro de una retina.
Observando un solo momento, demostraron que la flecha del tiempo puede
descomponerse en diferentes trozos: los producidos por las partes que trabajan
individualmente, en parejas, en tríos o en configuraciones más complicadas. Armados con esta forma de
descomponer la flecha del tiempo, Lynn y sus colegas analizaron otro estudio de
2015 en el que los investigadores hicieron que las salamandras vieran dos
películas diferentes. En una de las películas, se retrataba una escena de peces
nadando con toda la complejidad de las escenas que se encuentran en la
naturaleza –una clara flecha de tiempo, es decir, si se ve al revés, se vería
diferente que si se reproduce hacia delante–, mientras que en otra un
único objeto –una barra negra horizontal en el centro de la pantalla– se movía
aleatoriamente por la pantalla, y por ende no tenía una flecha de tiempo
evidente. Independientemente de la película
que vieran las salamandras, los investigadores descubrieron que la flecha del
tiempo surgía de las interacciones simples entre pares de neuronas, no de
grupos grandes y complicados. De hecho, el equipo observó para su
sorpresa una flecha del tiempo más fuerte para las neuronas cuando las salamandras
vieron el vídeo con la pantalla gris y la barra negra. En otras palabras, el
vídeo sin una flecha del tiempo en su contenido provocó una mayor flecha del
tiempo en las neuronas. Lynn dijo que este último hallazgo
plantea preguntas sobre cómo nuestra percepción interna de la flecha del tiempo
se alinea con el mundo externo. "Pensamos ingenuamente que, si el estímulo
tiene una flecha del tiempo más fuerte, eso se vería en su retina", dijo
Lynn, según cita Vice.
"Pero fue lo contrario. Por eso nos sorprendió". Según el medio estadounidense,
citando a Lynn, esto podría deberse a que las salamandras están más
acostumbradas a ver algo como la película de los peces, y el procesamiento de
la película más artificial requirió mayor energía. Sin embargo, los
investigadores no pueden decir con seguridad a qué se debe esto. "Estos resultados pueden ser
de especial interés para los investigadores en neurociencia", dijo Lynn.
"Podrían, por ejemplo, conducir a respuestas sobre si la flecha del tiempo
funciona de forma diferente en los cerebros que son neuroatípicos",
añadió. Intensidad
del pensamiento y la percepción de la flecha del tiempo
Desde un punto de vista macro, la
experiencia del paso del tiempo en un cuerpo físico es aún más compleja de lo
que parece. En humanos, por ejemplo, algunas investigaciones sugieren, según
Lynn, que la percepción de la flecha del tiempo en nuestro cerebro podría estar
relacionada con la intensidad del pensamiento, aunque en general el tema sigue
siendo un misterio para la ciencia.
En resumen, y a pesar de las
enormes incógnitas que quedan, el presente estudio puede ayudar a científicos
en el futuro en cuanto estos pueden utilizar el nuevo enfoque de búsqueda
de la irreversibilidad local también en otros contextos, donde se pueden
encontrar más interacciones inesperadas para producir el tiempo.
"La descomposición de Chris de
la irreversibilidad local –también conocida como la flecha del tiempo– es un
marco elegante y general que puede proporcionar una perspectiva novedosa para
explorar muchos sistemas de alta dimensión y sin equilibrio", dijo David
Schwab, profesor de Física y Biología en el Centro de Graduados y principal
investigador del estudio. "No solo se aplica a las
neuronas", explicó, por su parte, Lynn, según recoge Vice. También aplica "a las
bandadas de pájaros o a cualquier cosa en la que interactúen varias cosas, como
las poblaciones de bacterias", agregó. https://www.dw.com/es/por-qu%C3%A9-el-tiempo-avanza-cient%C3%ADficos-est%C3%A1n-desvelando-el-misterio-de-la-flecha-del-tiempo/a-63109188
Desarrollo
1. Tiempo
El tiempo es una magnitud física que hace posible ordenar la
continuidad de los hechos, dando lugar a un presente, pasado y futuro. La unidad
de tiempo seleccionada es el segundo, este último se define como la 86.400
ava parte del día solar medio. La mayoría de las actividades del ser humano
están regidas por el tiempo, ya que este nos ayuda a poner en orden nuestro
día. Nos indica que deberíamos estar haciendo, o cuando algo va a suceder.
Qué es tiempo
Corresponde a una medida que
diferencia en magnitud, el momento en el cual ocurren diversos hechos, es decir, se refiere
al intervalo que existe entre un acontecimiento y otro.
Desde el punto de vista etimológico
deriva del latín tempus
que hace referencia a una medida o extensión.
El término puede adquirir una
variedad de definiciones en base al enfoque que se le otorgue, por ejemplo
podría referirse al estado del clima en una zona específica o incluso a nivel
gramatical en relación a los tiempos verbales o adverbios de tiempo. En este
artículo se desarrollaran las de mayor relevancia.
Tiempo (magnitud)
Desde el punto de vista de la
física el término hace referencia a una magnitud utilizada para medir la
diferencia que existe entre un hecho y otro o la duración de
uno en particular, lo cual permite la administración del tiempo, separándolo en
pasado, presente y futuro.
En este sentido, está representado
por la letra “t”
y su unidad de medida es el segundo.
En nuestra vida cotidiana
generalmente utilizamos el
calendario y el reloj
como principales instrumentos para medir el tiempo. Mucho antes de que
existieran los relojes la gente confiaba en los sucesos naturales para medir el
tiempo. Trabajaban, comían y dormían de acuerdo con la aparición y puesta del
sol.
La unidad de tiempo tiene múltiplos
y submúltiplos, tales como un día equivale a 24 horas, la hora equivale a 60
minutos, el minuto equivale a 60 segundos, cuando queremos medir el tiempo transcurrido en un
año se tiene que una semana equivale a 7 días, el mes equivale a 4 o 5 semanas
y a su vez de 28, 29, 30 o 31 días, y el año equivale a 12 meses.
Sistema de tiempo
El sistema utilizado por lo general
es el conocido como calendario
Gregoriano, el mismo es usado tanto por el sistema
internacional como por el sistema anglosajón. Y su función es básicamente
establecer los intervalos entre los cuales suceden ciertos acontecimientos.
Segundos
Corresponde a una unidad de medida
utilizada por el Sistema
Internacional, el Sistema Técnico y el Sistema Cegesimal. 60
segundos equivalen a un minuto, mientras que para formar una hora se necesitan
3600 segundos.
Por otra parte, citado de manera
textual el concepto de segundos según el Sistema
Internacional de Unidades es “un segundo es igual a
9.192.631.770 períodos de radiación correspondiente a la transición entre los
dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de
cesio (133Cs), medidos a 0 K”.
Minutos
En cuestión de tiempo el minuto
está comprendido por 60 segundos y a su vez 60 minutos forman una hora, debido
a esto se conoce como la sexagésima
parte de una hora.
Horas
Conformado por 60 minutos, se
corresponde con ser la vigésimo
cuarta parte de un día. Desde tiempos remotos las
civilizaciones egipcias antiguas dividían los días en 24 horas, 12 de ellas
corresponden con la presencia de luz solar, mientras las otras 12 eran
nocturnas.
Días
Corresponde al intervalo de tiempo
de 24 horas, durante el cual el sol se encuentra en su punto más alto con respecto al horizonte
al amanecer, hasta que lo está de nuevo justo antes del anochecer. Proviene del
latín “dies” que significa de manera literal día.
Es importante mencionar que también
es posible agrupar otras unidades o jugar con ellas, por ejemplo, en el
contexto laboral por lo general se maneja el termino «medio tiempo». Los
trabajos de medio tiempo, indican que solo se trabaja la mitad de un día, siendo estos
empleos muy populares entre jóvenes estudiantes.
Otro caso son las agrupaciones de
varios días que se presentan con nombres particulares, como por ejemplo «7
días» que corresponden a lo conocido como una semana o en el caso de 15 días
continuos que serían una quincena.
Por otra parte, hoy en día se habla
mucho de lo que es la cuarentena,
debido a la crisis epidemiológica causada por el COVID-19, en este caso se
refiere a la agrupación de 40 días, sin embargo, en pacientes aislados por
presentar problemas de salud, no siempre corresponde con este número de días.
Semanas
Corresponde al periodo comprendido
por siete días consecutivos,
según lo conocido como calendario civil, este periodo inicia en lunes y
finaliza el domingo, mientras que en el caso del litúrgico su inicio es el
domingo con finalización el día sábado.
Meses
En el conocido calendario
Gregoriano se trata de 12
intervalos conformados de manera intercalada por 30 y 31 días,
excepto el mes de febrero que dura sólo 28 por motivos de índole religiosos.
Desde el punto de vista de la
astronomía, este es el intervalo que tarda la luna en darle la vuelta completa a
la tierra. La agrupación de meses también presenta nombres particulares, como
es el caso de:
Dos meses se conocen como bimestres.
Tres meses son conocidos como trimestres.
Cuatro meses corresponden a un cuatrimestre.
Seis meses continuos forman un semestre.
Años
Formado por 12 meses. El origen del
término proviene del latín annus.
Cada año inicia el primero de enero y finaliza el treinta y uno de diciembre.
Al igual que los días y los meses, los años pueden ser agrupados y forman:
Dos años son un bienio.
Cinco años equivalen a un lustro o quinquenio.
Diez años son una década.
Cien años corresponden a un siglo.
Un milenio es equivalente a mil años.
Varios milenios forman una era o periodo.
Es importante mencionar que también
es posible agrupar otras unidades o jugar con ellas, por ejemplo, en el
contexto laboral se maneja el termino «medio tiempo». Los trabajos de medio
tiempo, indican que solo se
labora la mitad de un día, siendo estos empleos muy populares
entre jóvenes estudiantes.
Otro caso son las agrupaciones de
varios días que se presentan con nombres particulares, como por ejemplo quincena que corresponde al
intervalo de 15 días continuos.
Por otra parte, hoy en día se habla
mucho de lo que es la cuarentena,
debido a la crisis epidemiológica causada por el COVID-19, en este caso se
refiere a la agrupación de 40 días.
Línea de tiempo
Corresponde a una representación de manera gráfica
sobre acontecimientos relacionados entre sí que pasaron a lo largo de un
intervalo específico. Al observar dicha representación las personas estarían
siendo una especie de viajeros en el tiempo, reviviendo los procesos en forma
cronológica.
Los pasos para realizarla son los
siguientes:
Selección de un tema específico.
Determinar cuáles fueron los aspectos más relevantes
relacionados al tema.
Elegir cuál medida de tiempo será utilizada, por lo
general se establece en años.
Toda la información debe estar estructurada y
redactada de forma breve.
En caso de ser horizontal, siempre se inicia de izquierda
a derecha y cuando es vertical de arriba hacia abajo.
Un ejemplo sería la línea del
tiempo en relación a la historia universal:
Tiempo atmosférico
Se refiere a todos los cambios que ocurren en la
atmósfera en las distintas zonas geográficas en intervalos o momentos
específicos del día. Estos cambios modifican y crean lo que se conoce como el
clima y el estado del tiempo.
En otras palabras, se puede decir
que es el estado momentáneo de la atmósfera a los distintos fenómenos meteorológicos que
ocurren en un lugar cualquiera; y que se dan a cortos períodos y pueden cambiar
de un momento a otro.
En principio el factor que
determina el tipo de clima que se presentará es el cambio en la energía
solar, sin embargo, otros fenómenos como la presión
atmosférica, la temperatura, el viento, la humedad entre otros, son utilizados
para determinar ciertas variables del estado del tiempo como la sensación
térmica o la presión de vapor.
Entre los fenómenos atmosféricos
más comunes se pueden mencionar:
Las precipitaciones.
Los huracanes.
Los tornados.
Los arcoíris.
Pronóstico del tiempo
Para dicho pronóstico se utilizan
una serie de instrumentos y equipos especializados con tecnología de tiempos
digitales que se encuentran en las estaciones meteorológicas como satélites y computadoras especiales,
que permiten predecir de manera eficaz el tiempo de mañana, para ser más
precisos esta predicción puede realizarse con 12, 24, 48, 72 o 96 horas de
anticipación.
Tiempo gramatical
Se trata de lo conocido como tiempo referencial de una
oración, es decir, sitúa o ubica una situación o estado, dentro de esto se
incluyen los tiempos verbales, este puede ser a su vez de dos tipos:
Tiempo absoluto
Este en particular se encarga de definir si un hecho ocurrió
antes, simultáneamente o posterior a otro, debido a esto se diferencia en tres:
Pasado
Se utiliza para recopilar toda la
información con respecto a hechos ocurridos en el pasado y expresarlos en una
oración.
Presente
Es usado en ocasiones en las cuales
se pretende enunciar
acciones que están ocurriendo en la actualidad.
Futuro
Se usa para enunciar todas aquellas
acciones, hechos o situaciones que aún no han sucedido.
Tiempo relativo
Estas se utilizan para expresar dos acciones que
por lo general ocurrieron antes del enunciado, pero que se nota que una de
ellas ocurrió antes que la otra.
Ejemplos
A continuación, se presentan una
serie de frases del tiempo gramatical como ejemplo:
Voy a clases de piano los lunes y miércoles. (Presente)
Manuel vendrá a jugar cartas esta noche. (Futuro simple)
Cuando mi mamá vuelva del mercado ya habré limpiado la
casa. (Futuro compuesto)
Miguel terminó de cenar hace 1 hora. (Pasado)
La serie de la que habló María, la estrenan el lunes.
(Relativo)
Pronóstico del tiempo
Para dicho pronóstico se utilizan
una serie de instrumentos y equipos especializados con tecnología de tiempos
digitales que se encuentran en las estaciones meteorológicas como satélites y computadoras especiales,
que permiten predecir de manera eficaz el tiempo de mañana, para ser más
precisos esta predicción puede realizarse con 12, 24, 48, 72 o 96 horas de
anticipación. Tiempo gramatical
Se trata de lo conocido como tiempo referencial de una
oración, es decir, sitúa o ubica una situación o estado, dentro de esto se
incluyen los tiempos verbales, este puede ser a su vez de dos tipos: Tiempo absoluto
Este en particular se encarga de definir si un hecho ocurrió
antes, simultáneamente o posterior a otro, debido a esto se diferencia en tres:
Pasado
Se utiliza para recopilar toda la
información con respecto a hechos ocurridos en el pasado y expresarlos en una
oración.
Presente
Es usado en ocasiones en las cuales
se pretende enunciar
acciones que están ocurriendo en la actualidad.
Futuro
Se usa para enunciar todas aquellas
acciones, hechos o situaciones que aún no han sucedido. Tiempo relativo
Estas se utilizan para expresar dos acciones que
por lo general ocurrieron antes del enunciado, pero que se nota que una de
ellas ocurrió antes que la otra.
Ejemplos
A continuación, se presentan una
serie de frases del tiempo gramatical como ejemplo:
Voy a clases de piano los lunes y miércoles. (Presente)
Manuel vendrá a jugar cartas esta noche. (Futuro simple)
Cuando mi mamá vuelva del mercado ya habré limpiado la
casa. (Futuro compuesto)
Miguel terminó de cenar hace 1 hora. (Pasado)
La serie de la que habló María, la estrenan el lunes.
(Relativo)
Espacio-tiempo
En el contexto de la física, el
término espacio-tiempo representa un patrón
matemático, que mezcla el espacio y el tiempo como dos
conceptos que se encuentran totalmente inherentes. En este prolongado espacio
temporal, es donde se desarrollan todos los eventos físicos del universo; esto
según la teoría de la relatividad. Einstein fue quien formuló esta expresión de
espacio-tiempo partiendo de su teoría de la relatividad especial, la cual
plantea que el tiempo no puede separarse de las tres dimensiones espaciales,
sino que como ellas, el tiempo depende del estado del movimiento del
observador.
Por naturaleza son dos observadores
los que medirán tiempos
distintos, para el intervalo entre dos sucesos, esta diferencia
en los tiempos dependerá de la velocidad relativa entre los observadores.
De igual manera, si se plantea la
teoría de que el universo cuenta con tres dimensiones espaciales físicas que se
pueden observar, es común considerar al tiempo
como la cuarta dimensión; quedando el espacio-tiempo como el
espacio de cuatro dimensiones.
Es importante resaltar que el
espacio-tiempo presenta unas propiedades geométricas las cuales son:
Métrica: esta propiedad simboliza el
espacio-tiempo como un par (m, g), en donde “m” significa variedad
diferenciable semi
riemanniana y “g” es un tensor métrico.
Contenido material del espacio tiempo: este se encuentra dado por el tensor energía-impulso, el
cual se calcula de manera directa a partir de medidas geométricas
procedentes del tensor métrico.
Movimiento de las partículas: las partículas que se mueven por
medio del espacio- tiempo seguirá una línea de mínima longitud en un
espacio curvado.
Homogeneidad, isotropía y grupos de
simetría: algunos
espacios-tiempo cuentan con grupos de isometría de dimensionalidad menor.
Por otro lado, un espacio-tiempo es homogéneo cuando abarca un subgrupo
homeomorfo que influye
en las coordenadas espaciales. Tendrá isotropía general cuando en uno de
sus puntos exista un subgrupo de isometría.
Topología: está relacionado con la estructura
causal del mismo. Por ejemplo, si en un espacio-tiempo existe una curva
temporal cerrada, o si existen hipersuperficies
de Cauchy o están presentes geodésicas incompletas.
Finalmente en el espacio- tiempo
empleado en relatividad especial se pueden mezclar ambos en un espacio de
cuatro dimensiones, originando el llamado espacio-tiempo de Minkowski, aquí es donde se
identifican tres dimensiones espaciales ordinarias y una dimensión temporal
complementaria. Preguntas Frecuentes sobre Tiempo ¿A qué llamamos tiempo? De manera cotidiana
es utilizado para determinar el momento exacto durante el cual ocurre un hecho
o es realizada una acción determinada. Leer más ¿Cómo se mide el tiempo? Por lo general se expresa
en segundos, minutos, horas, días, semanas, meses y años. Leer más ¿Qué es una línea del tiempo? Corresponde a una
representación gráfica que expresa de manera cronológica y ordenada los intervalos
en los cuales ocurrieron ciertos acontecimientos de un tema en específico. Leer más ¿Cómo nos afecta el tiempo? En la actualidad la
vida se rige en torno al tiempo, es necesario llevar un control y organizar las
actividades en relación a este preciado fenómeno físico. Leer más ¿Cómo se pronostica el tiempo? Se realiza en los
centros de meteorología con equipos especializados como satélites y computadoras
que permiten predecir incluso con 3 días de anticipación. https://conceptodefinicion.de/tiempo/
2.
Un nuevo modelo físico propone que el tiempo es sólo
una ilusión Son conceptos tan básicos que
se resisten a ser definidos, y, sin embargo, sobre ellos se basa toda nuestra
ciencia. ¿Qué son el espacio y el tiempo? Su interpretación ha variado a lo
largo de la Historia y aún hoy es posible que una nueva manera de comprenderlos
provoque la próxima revolución científica. Ya tenemos ejemplos como Julian
Barbour, que propone un modelo serio de física alternativa en la que el tiempo
no existe más que como una ilusión en nuestras mentes. Es posible que el
espacio y el tiempo no tengan otra naturaleza que la que les asignemos por
convención. Por Sara Lumbreras Sancho. El espacio y el tiempo son
conceptos tan fundamentales que se resisten a ser definidos (como en la
conocida cita de San Agustín: “¿Qué es el tiempo? Si nadie me lo pregunta, lo
sé. Si me lo preguntan, no lo sé”. Su naturaleza última está fuera del alcance
de la ciencia y, sin embargo, toda la física se basa en ellos. Han evolucionado
con la ciencia: el espacio y tiempo absolutos fueron esenciales para el
desarrollo de la mecánica Newtoniana; un espacio-tiempo que depende del
observador y que se ve deformado por la materia es el núcleo de la revolución
traída por la Relatividad General. Precisamente la Relatividad
General, junto con la Teoría Cuántica de Campos (QFT) plantea un espinoso enigma
a la ciencia actual, al no haberse encontrado ninguna teoría que las unifique.
Pese a décadas de esfuerzo en varias líneas de investigación prometedoras (como
las Supercuerdas), el proceso de unificación iniciado con las leyes de Maxwell
no ha podido aún incluir con éxito a la Gravedad junto con las otras fuerzas.
Es posible que la próxima revolución científica llegue con un cambio de
paradigma que reconcilie las dos teorías enfrentadas con una nueva manera de
comprender el espacio y el tiempo. Como lo expresó Majid en su libro
Espacio-tiempo cuántico y realidad física: “Está iniciándose un nuevo
Renacimiento centrado en nuestra comprensión del espacio y el tiempo’’. Parece
claro que la Ciencia necesita ayuda de la Filosofía, y que es indispensable en
este punto identificar y analizar los supuestos que subyacen a las teorías
dominantes actuales. Las viejas preguntas deben ser revisitadas con ojos
nuevos: ¿Cuál es la naturaleza del espacio y el tiempo? ¿Son continuos o
discretos? (y esta pregunta no tiene por qué tener la misma respuesta para
ambos). ¿Son independientes de la consciencia? ¿Tienen sentido el espacio vacío
o el tiempo sin cambio? ¿Cómo interactúan con la materia? La Filosofía ha
reflexionado sobre estos problemas durante siglos. Revisar sus conclusiones nos
puede proporcionar un buen punto de partida. Breve historia de la filosofía
del espacio y el tiempo No es sorprendente que encontremos
en Grecia los dos primeros ejemplos bien conocidos de filósofos del tiempo.
Heráclito defendía que todo a nuestro alrededor se encontraba en un estado de
constante fluir, que el cambio era lo único que permanecía. En la posición
contraria, para Parménides, el cambio era una ilusión, ya que para él era
lógicamente imposible. Zenón, discípulo de Parménides, formuló
las paradojas que le hicieron célebre. En ellas trataba de demostrar que el
movimiento era imposible porque se componía de la suma de infinitas partes (por
ejemplo, Aquiles no podrá nunca alcanzar a la tortuga a la que dio ventaja en
una carrera, porque cuando llega al punto en el que se encontraba el reptil un
instante atrás éste siempre ha avanzado algo más). Aunque hoy en día estas paradojas
nos resultan muy ingenuas, podemos sacar en claro que Parménides y Zenón
asumían que el espacio y el tiempo eran continuos. Es más, éste es el caso de
todos los filósofos naturales griegos bien conocidos, incluido Demócrito (para
él sólo la materia estaba cuantizada, no el espacio infinito que la contenía). Tres existencias Platón propuso tres tipos diferentes
de existencia: lo que es (material), en lo que se es (espacio), y por lo que se
es (el modelo, la forma). Así que para él el espacio existía pero no de la
misma manera que la materia. Aristóteles afirmó que la
existencia del espacio “la hace obvia el hecho de que las cosas puedan
remplazarse”. Incluso propuso una definición: “El espacio ocupado por un objeto
es la frontera estática más pequeña que lo contiene”. Sin embargo, el tiempo no
tiene existencia real, ya que el pasado ya no existe y el futuro no existe
todavía. Pese a ello, le dio una definición: “El tiempo es el número del cambio
con respecto al antes y al después”. Esto implica que sólo existe en la mente,
ya que “el tiempo es un tipo de número, y sólo el alma puede contar”. Los teólogos medievales sostenían
que Dios no existe en el tiempo sino en la eternidad, entendida como la
existencia sin tiempo más que como tiempo sin principio ni final. Como lo
expresó Boecio: “La eternidad es la posesión completa y perfecta de vida
ilimitada en un único instante”. Es interesante notar que para los maestros
medievales como San Agustín o Boecio, este ojo divino que lo ve todo en un
mismo instante no suponía ninguna amenaza para la libertad. El conocimiento que
Dios tiene del futuro no es equivalente al conocimiento humano de lo que está
por venir, puesto que para Él, todos los momentos de la historia son
equivalentes. Es útil mantener estas consideraciones en mente cuando
reflexionemos sobre cosmologías sin tiempo como la de Barbour. Kant interpretaba el espacio y el
tiempo como nociones a priori que no son abstraídas por la experiencia, sino
que son el marco que hace que ésta sea posible. Newton creó definiciones precisas
de los conceptos de movimiento, espacio y tiempo. De acuerdo con ellas, el
tiempo fluye perfectamente uniforme, imperturbable. El espacio es absoluto,
casi como un contenedor transparente que se extiende hasta el infinito.
Concedió que sólo podían observarse movimientos relativos, pero afirmó que los
movimientos absolutos podían deducirse a partir de ellos. Vuelta al absoluto Leibniz se oponía a este punto de
vista, defendiendo una visión relativa del espacio donde sólo las distancias y
velocidades relativas tenían significado físico real. Su correspondencia con el
portavoz de Newton, Clarke, se siguió con interés. El argumento final de las
discusiones fue un experimento donde un cubo de agua se hace girar. La
curvatura que aparece en la superficie del líquido no responde al movimiento
relativo entre el agua y las paredes del cubo sino claramente a la rotación
absoluta. La discusión se considero cerrada a favor de la interpretación de
Newton. Hasta el siglo XIX no se volvió a
sospechar de la noción invisible de espacio absoluto. Mach, científico
brillante y empirista convencido, argumentó que el momento linear o angular de
un objeto existe como consecuencia de su movimiento relativo con respecto al
resto de objetos en el universo. Esto es lo que Einstein llamó el Principio de
Mach. La inercia es entonces un concepto que se refiere no a cuerpos aislados,
sino al universo en su totalidad. Einstein se sintió inspirado por
las leyes de Maxwell -que determinan la velocidad de la luz sin especificar con
respecto a qué referencia- a postular que era la misma para todas. De hecho,
todos los experimentos que habían intentado medir diferencias en la velocidad
de la luz debidas a movimientos relativos con respecto al éter (como el
experimento de Michelson-Morley) habían fracasado. Desde este punto de partida
derivó un nuevo paradigma en el que todas las leyes de la Física son idénticas
e independientes del observador. El espacio y el tiempo están
completamente entrelazados en el espacio-tiempo, y ya no son inmutables, sino
que se ven deformados por la materia que contienen. Es su geometría, la que define
la inercia ahora, ya que los marcos de referencia inerciales son los que siguen
las geodésicas (caminos de mínima distancia) de este nuevo paisaje. La Teoría de la Relatividad ha sido
probablemente la transformación más profunda en nuestra comprensión del espacio
y el tiempo, haciendo avanzar nuestro conocimiento de la Física. Ahora, la
pregunta es si otro cambio en nuestra interpretación de estos conceptos puede
traernos la próxima revolución. Quizá sus inicios están ya presentes en alguno
de los modelos evocadores que presentamos en la siguiente sección. El universo sin tiempo y otras
perspectivas sugerentes En esta sección presentamos algunas
perspectivas interesantes que difieren de la interpretación convencional y que
podrían desencadenar la próxima revolución científica. Exponemos la idea de
universo eterno de Julian Barbour, junto con otras especulaciones provocativas
de un grupo de respetados físicos contemporáneos. Julian Barbour admitió que le
fascinó leer en una de las obras de Mach: “Está totalmente fuera de nuestras
capacidades medir cómo cambian las cosas en el tiempo. Más bien al contrario,
el tiempo es una abstracción a la que llegamos a través de los cambios en las
cosas”. Continúa sus reflexiones con la idea de que cuando medimos tiempo
estamos en realidad midiendo distancia. Utilizamos el ángulo cubierto por
la manecilla del reloj para inferir el tiempo transcurrido. El tiempo solar es
la distancia recorrida por el sol en el cielo. El tiempo sideral, lo que se han
desplazado las estrellas. El tiempo atómico, las oscilaciones de un átomo de
cesio. De hecho, es posible construir el reloj más sencillo analizando las
trayectorias de tres cuerpos moviéndose inercialmente. Este reloj inercial fue
presentado por primera vez por Neumann, y después lo desarrolló Tait. Con tres
partículas, asumimos que una de ellas se encuentra en reposo. Podemos utilizar la segunda como la
manecilla del reloj, dividiendo en intervalos la distancia que cubre. Si
suponemos que se mueve con velocidad unidad, es inmediato deducir la velocidad
de la tercera partícula. De hecho, basta con tres instantáneas de un sistema
inercial para definirlo completamente en estos términos y ser capaz de calcular
todas las posiciones relativas de sus componentes, pasadas y futuras. Es
importante caer en la cuenta de que estas instantáneas llegan sin ninguna
información adicional que proporcione el momento en el que fueron tomadas. Sistema sin tiempo La posibilidad de describir un
sistema (aunque fuera muy simple) sin tiempo es lo que inspiró a Barbour en su
búsqueda de un modelo de universo eterno. Propone que el verdadero escenario
del universo es el espacio de todas sus configuraciones posibles. Como estas
configuraciones son eternas, da a este espacio el nombre de Platonia. Todas las Platonias tienen un
estado de mínimo tamaño y complejidad al que llama Alpha. Sin embargo, no hay
Omega, ya que no existe ningún límite para el tamaño o la complejidad de lo que
puede existir. Si trazamos una curva en Platonia, tendremos una posible
historia del universo. De nuevo, no necesitamos del tiempo: como en la
construcción de Tait, tener las posiciones relativas de los elementos es
suficiente para definir una historia (y nada nos impide echar un vistazo a la
posición relativa de las manecillas de nuestro reloj en cada punto de la
curva). Podemos definir distancias en
Platonia como nos plazca, y, utilizándolas, trazar curvas de longitud mínima o
geodésicas a través de su paisaje. Algunas definiciones de distancia son
especialmente interesantes, ya que Barbour consigue derivar de ellas historias
que son coherentes con las leyes de Newton o, con una definición más
sofisticada, incluso con la Relatividad. Así, parece posible reformular la
Mecánica por completo sin necesidad del tiempo. Sin embargo, nuestra experiencia
nos indica que el tiempo sí existe. Barbour intenta explicar el origen de esta
persistente ilusión. En Platonia todas las posibles configuraciones del
universo existen eternamente. Sin embargo, estas configuraciones aparecen con distinta
intensidad. Describe una bruma que se concentra
en las mejores soluciones de la ecuación del universo, de una manera que
recuerda a las probabilidades de la Mecánica Cuántica. Las soluciones que
resuenan mejor son las que tienen más coherencia interna. Esta coherencia
interna se manifiesta en la creación de lo que él define como cápsulas del
tiempo. Una cápsula del tiempo es un patrón
estático que crea o codifica la apariencia de movimiento, cambio o historia.
Por lo tanto, nuestra impresión de tiempo y movimiento sólo se debe a las
huellas que deja, que son en realidad eternas, y a los recuerdos en nuestra
consciencia que son también patrones eternos. Bradbury imagina que el universo
tiene probablemente una tendencia a encontrar más apropiadas las soluciones con
más estructura. Esto hace que los universos que contienen consciencias sean los
preferidos (ya que nada hay más complejo que la consciencia). Esto podría
explicar el hecho de que la realidad que observamos es altamente compleja y
estructurada, que es un estado altamente improbable estadísticamente. Geometría no conmutativa,
espacio-tiempo espuma, fractales y hologramas La de Barbour no es la única
cosmología de la eternidad. En las Redes Causales, como en los trabajos de
Penrose y Sorkin, el espacio-tiempo se describe mediante una serie de eventos
discretos en la que únicamente se especifica qué elementos preceden causalmente
a otros. Penrose reflexiona también sobre
los valores que se le dan al momento angular en la Mecánica Cuántica. “¿Por qué
decimos que un electrón tiene espín arriba o abajo, en vez de derecha o
izquierda?”. Sólo sabemos que el espín de un electrón puede tomar dos valores
distintos: ½ o -½. Asimilarlos a una dirección en el espacio carece de sentido.
Cuando construimos una estructura a partir de partículas elementales, podemos
calcular su momento angular total. Si trasladamos un electrón de una estructura
a otra, podemos calcular la probabilidad de que la segunda estructura
incremente o disminuya su momento angular en el ½ aportado por el nuevo
electrón. Penrose interpreta esta probabilidad como el coseno del ángulo que
forman las dos estructuras. Si un electrón que está
contribuyendo con momento angular positivo en su estructura origen tiene 100%
de probabilidad de aportar momento positivo una vez transferido, entonces las
dos estructuras son exactamente paralelas. Si siempre contribuye en sentido
opuesto entonces son antiparalelas. Valores intermedios de probabilidad nos
darían ángulos intermedios. Estas probabilidades son discretas, pero cuando las
estructuras aumentan en complejidad el número de valores que puede tomar, la
probabilidad aumenta. En el límite, da origen a un continuo de direcciones. Las Redes de Espín no consideran el
tiempo, pero Penrose las generalizó a un espacio-tiempo de cuatro dimensiones
en su Teoría de Twistores. En esta teoría, las unidades básicas son los rayos
de luz, ya que un fotón existe simultáneamente en todos los puntos atravesados
en su trayectoria debido a la deformación relativista del tiempo. En todos los modelos presentados
hasta ahora se asume que la distancia de A a B es necesariamente la misma que
de B a A. La geometría no conmutativa prueba a relajar esta condición y a
aplicar la geometría no conmutativa al espacio. Alain Connes, un matemático
francés, trabaja en explorar las posibilidades de esta concepción del espacio.
Recordando a Demócrito y sus átomos (en la que los distintos elementos se
distinguían por sus formas diferentes) propone que quizá la materia sea una
manifestación de la estructura profunda del espacio-tiempo. El tiempo como espuma Ya hemos mencionado que la
suposición de continuidad para el espacio-tiempo puede ser la causa de que no
hayamos encontrado aún la Gravedad Cuántica. Sabemos de la Mecánica Cuántica que
las distancias menores que la longitud de Plank carecen de sentido físico. El
espacio-tiempo podría estar basado en una especie de espuma (como lo expresó
John Wheeler), y su escala fundamental podría ser borrosa. Shahn Majid estudia
las consecuencias que tendría esta descripción de la realidad. En particular,
la teoría de Majid predice que la velocidad de la luz debería variar
ligeramente con la frecuencia. Ya se están realizando experimentos para
detectar estas desviaciones mínimas en la luz emitida por supernovas distantes
utilizando el telescopio LISA. Tim Palmer propuso una nueva
interpretación de la Mecánica Cuántica en la que las probabilidades aparecen
como consecuencia de la complejidad intrínseca de la estructura del espacio.
Para él la realidad profunda debería ser descrita como un fractal. Su idea
principal puede explicarse con la analogía de recibir las coordenadas de un
punto en una costa de perfil intrincado. No seríamos capaces de saber con
seguridad si el punto pertenece a la tierra o al mar, sino una probabilidad.
Palmer sostiene que las probabilidades que encontramos en la Mecánica Cuántica
se derivan de un fenómeno similar. También se ha propuesto que toda la
información contenida en el universo está codificada en su frontera. Este holograma
cósmico encerraría en una superficie bidimensional la realidad tridimensional
completa. Si el espacio es discreto, significaría que para que la superficie
pudiera contener toda la información, el interior debería ser mucho más
borroso. Craig Hogan cree que esta falta de definición puede estar detrás del
ruido, por ahora inexplicado, que está perturbando el experimento GEO600 en
Hannover, diseñado para detectar ondas gravitacionales. Una intrigante posibilidad De acuerdo con Barbour, podemos
describir nuestra realidad sin referirnos al tiempo. Él toma este hecho como
evidencia de que la naturaleza del tiempo es ilusoria. Sin embargo, incluso si
su descripción es completamente consistente con las observaciones, esto no
prueba que el tiempo no existe. Sólo prueba que es matemáticamente posible
hacer Física sin tiempo, lo cual es una conclusión completamente diferente. Como ya tenemos una Física basada
en el tiempo, esto querría decir que tenemos dos modelos distintos que
funcionan igualmente bien. En la Teoría de Campos Cuánticos nos encontramos
también con dos modelos, formulados sobre espacio-tiempos diferentes, que dan
resultados equivalentes. ¿Es posible que descripciones distintas del espacio y
el tiempo nos proporcionen predicciones igualmente correctas? Poincaré señaló el hecho de que
nuestros sentidos no pueden percibir directamente la geometría del espacio. El
espacio geométrico, el verdadero marco de nuestras experiencias, es distinto
del espacio de representación que inferimos de nuestros sentidos. Para empezar, la experiencia de la
visión es un fenómeno puramente bidimensional. Sin embargo, tomamos la
información de nuestras retinas y del resto de nuestras percepciones y cómo
estas varían con el movimiento y los combinamos para formar el espacio de
representación tridimensional. Como resultado, ‘’Es también
imposible representarnos los objetos externos en el espacio geométrico, así
como imposible es para un pintor dibujar en una superficie plana los objetos
con sus tres dimensiones. El espacio de representación es sólo una imagen del
espacio geométrico, una imagen deformada por cierta perspectiva, y sólo podemos
representarnos los objetos haciéndolos obedecer las leyes de esta perspectiva”.
El tiempo como convención Poincaré propone un experimento
mental en el que consideramos un mundo contenido en una esfera en el que todos
los cuerpos tienen el mismo coeficiente de dilatación, así que la longitud de
cualquier objeto es proporcional a su temperatura absoluta. La temperatura de
este mundo disminuye con la distancia al centro según la fórmula R2 – r2, así
que en su frontera la temperatura es el cero absoluto. Incluso aunque este
universo es finito, para sus habitantes es de hecho infinito ya que se vuelven
más y más pequeños al aproximarse a la frontera. Estos seres imaginarios
estudiarían la física de su mundo, completamente inconscientes de las
dilataciones térmicas. Cuando se mueven, experimentan una contracción en sus
miembros en la dirección de la frontera. Sin embargo, esta deformación se consideraría
una serie de perspectiva, con lo que sus sentidos se ajustarían para
corregirla. Poincaré señala que “sería un error
concluir que la geometría es, ni tan siquiera en parte, una ciencia
experimental. Si fuera experimental, sólo sería aproximada y provisional. ¡Y
qué burda aproximación sería! La geometría consistiría únicamente en el estudio
de los movimientos de los cuerpos sólidos, pero en realidad no le atañen los
sólidos naturales: su objeto son los sólidos ideales’’. Finalmente argumenta que
la experimentación puede guiarnos, pero no impone ninguna elección de geometría
ni puede revelarnos cuál es la más apropiada, la verdadera. Es imposible medir una distancia
sin una regla, o sin la posibilidad de desplazar la regla, ya que sólo podemos
comparar objetos yuxtapuestos. Asumimos que la regla se mantiene constante
durante el proceso. Éstos son los supuestos que dan forma a la geometría que
encontramos. Podríamos encontrar una solución distinta si tomásemos otras
hipótesis. Por ejemplo, si en vez de asumir que las reglas no se distorsionan,
asumimos que la velocidad de la luz es constante, encontramos la geometría
relativista. Es posible que el espacio y el
tiempo no tengan otra naturaleza que la que les asignemos por convención.
Parece que podemos encontrar teorías igualmente válidas basadas en supuestos
muy diferentes. Esto puede indicar que su realidad fundamental no existe
independientemente de la experiencia que los asume, en una interdependencia
inevitable. También podría ser que su naturaleza más básica no pudiera
expresarse matemáticamente y sólo pudiéramos encontrar aproximaciones. O,
finalmente, podría significar que la naturaleza puede describirse de varias
maneras distintas. Los diferentes modelos que funcionen con éxito deberían ser entendidos
como descripciones de la misma realidad, pese a sus diferentes expresiones. https://tendencias21.levante-emv.com/un-nuevo-modelo-fisico-propone-que-el-tiempo-es-solo-una-ilusion_a3879.html
3. La física de los viajes en el tiempo explicada por
dos de los mejores físicos teóricos Explicar qué dice la física actual
acerca de la posibilidad de
viajar en el tiempo sorteando las ecuaciones matemáticas y los
conceptos más complejos es un auténtico reto. Sin embargo, estamos convencidos
de que es posible hacerlo de una forma didáctica que cualquier persona con
curiosidad puede seguir sin necesidad de conocer minuciosamente qué propone la
teoría general de la relatividad. Afortunadamente, no hemos abordado
este desafío solos; hemos contado con la ayuda de dos físicos teóricos
españoles expertos en esta materia. Ambos tienen mucha experiencia en el ámbito
de la investigación y una capacidad didáctica que está fuera de toda duda.
Álvaro de Rújula es un prestigioso físico de partículas que, entre muchos otros
logros, ha dado clase en Harvard y ha liderado la división de física teórica del CERN. Incluso
ha tenido la oportunidad de viajar en el tiempo para hablar cara a cara con
Albert Einstein (en la ficción y con mucha gracia, claro). El currículo de José Luis F. Barbón
es igualmente impresionante. Este físico teórico es un experto en teoría cuántica de campos,
gravedad cuántica y agujeros
negros, entre otras materias. Ejerce como investigador en el CSIC, y
actualmente dirige el Instituto de
Física Teórica (IFT), una institución en la que trabaja mano a mano con
Álvaro y otros investigadores. Como estáis a punto de comprobar, ambos tienen una
vocación didáctica muy evidente, por lo que sus conferencias (algunas están disponibles en YouTube)
son muy disfrutables. Indagar de una forma rigurosa en la
física de los viajes en el tiempo requiere que coqueteemos con la geometría del
continuo espacio-tiempo. Y también con la teoría general de la relatividad. Es
un terreno profundamente hipotético y especulativo, pero, aun así, la física
teórica nos propone algunas
respuestas extraordinariamente interesantes. Y sorprendentes.
Pero lo mejor de todo es que recorrer este camino de la mano de estos dos
físicos es una experiencia irrepetible. Prometido. La velocidad de la luz es absoluta No hay mejor forma de iniciar
nuestro viaje que intentando afianzar nuestra percepción acerca del continuo
espacio-tiempo y repasando la que sin duda es la propiedad más asombrosa de la
luz: la invariabilidad de su
velocidad en un medio determinado independientemente del estado
de movimiento o reposo de la fuente que la emite y del observador. Este
atributo es patrimonio exclusivo de la luz, por lo que no lo comparte con
ningún otro objeto del universo. Álvaro nos los explica de una forma asequible: «El espacio y el tiempo son tan
fundamentales que podemos hablar de ellos, pero sin llegar a identificar con la
máxima precisión qué son en
realidad. Podríamos asimilar el espacio a una especie de
conjunto de fichas de dominó, de manera que podemos pegar unas a otras en un
plano y después colocar otro plano encima construido de la misma manera.
Obviamente el espacio realmente no es así, pero este símil puede ayudarnos a
entender de alguna forma su naturaleza», puntualiza. «En cualquier caso, lo primero que
podemos hacer es intentar entender la relación que existe entre el espacio y el tiempo.
Si tenemos un espacio plano y en él hay dos hormigas podemos dibujarlas en un
cierto instante del tiempo, y luego en un instante posterior podemos dibujar un
plano encima con las mismas dos hormigas, pero colocadas en posiciones diferentes.
De esta forma podríamos construir una especie de sándwich en el que el espacio
discurre en la dirección horizontal de mi dibujo, y el tiempo en la vertical». «No obstante, lo que acabamos de
hacer es más que un simple dibujo. Desde finales del siglo XIX y culminando con
el
trabajo de Einstein de 1905 (la teoría especial de la relatividad), sabemos
que hay algo muy curioso que relaciona el espacio y el tiempo: existe una velocidad máxima.
No puedes viajar a una velocidad superior a la de la luz. Si tengo un cohete
con un señor dentro que está avanzando a 10 km/h respecto al cohete,
y el cohete con respecto a mí que estoy en la Tierra también está avanzando a 10 km/h, el señor con
respecto a mí avanza a 20
km/h si tanto él como el cohete se desplazan en la misma
dirección». «Sabemos que
hay algo muy curioso que relaciona el espacio y el tiempo: existe una velocidad
máxima. No puedes viajar a una velocidad superior a la de la luz» «Esta idea es intuitiva, pero, sin
embargo, si la velocidad del cohete fuese 3/4 partes de la velocidad de la luz,
y la del señor del interior del cohete en relación al propio cohete también
fuese 3/4 partes de la velocidad de la luz, al observarlos desde fuera yo
creería que el señor avanzaría a una velocidad de 3/4+3/4 de la velocidad de la
luz. Es decir, al 150% de la velocidad de la luz, que es una cantidad mayor que
la velocidad de la luz. Sin embargo, este cálculo está mal hecho. En realidad, nuestro universo no funciona así.
Si hacemos el cálculo correctamente la velocidad total del señor del interior
del cohete con respecto a mí será un poco inferior a la
velocidad de la luz», concluye Álvaro. José Luis prosigue la explicación
de Álvaro proponiéndonos otro experimento mental que también puede resultarnos útil
para interiorizar esta crucial propiedad de la luz antes de continuar nuestro
viaje: «En la física a la que estamos
acostumbrados no pensamos que el ritmo de un reloj dependa de su movimiento. Si
sincronizamos dos relojes y nos llevamos uno en un viaje en tren para
posteriormente volver a reunirlos, el desplazamiento a cierta velocidad de uno
de ellos no parece tener ningún efecto en la sincronización. En la física
newtoniana, la de antes de la relatividad, el tiempo es absoluto. Esto significa que el ritmo
de un reloj ideal que ni se atrasa ni se adelanta es el mismo en todas partes.
Es universal. No depende de dónde está el reloj, y tampoco de su estado de
movimiento». «Para describir los fenómenos de
nuestra vida cotidiana no necesitamos cambiar esta hipótesis simplificadora.
Sin embargo, lo que descubrió Einstein es que esto no es correcto. A finales
del siglo XIX los físicos se pusieron a estudiar con más detalle la luz, y se
dieron cuenta de que su velocidad es rara porque es absoluta. Esto quiere decir
que da igual cómo la midas,
e incluso si te mueves respecto a la fuente, o si es la fuente la que se mueve
respecto a ti; siempre obtienes la misma velocidad. Esto para ellos fue muy
chocante porque todas las velocidades son relativas. Si voy por la autopista y
un coche me adelanta lo veo adelantarme despacio, pero si estoy quieto en el
arcén lo veo pasar a toda velocidad», asevera José Luis. «Al combinarlas las velocidades se
suman o se restan, pero que haya un objeto, que es la luz, con una velocidad
absoluta es chocante. Los experimentos indicaban que esto es así, pero no se
entendía. Einstein observó que, efectivamente, el espacio es obviamente relativo en el sentido
de que la distancia que recorre un objeto depende del lugar desde el que estoy
mirándolo. Si voy al encuentro de ese objeto la distancia que me separa de él
es más corta. Esto significa que el espacio es relativo desde el punto de vista
del observador. A partir de esta reflexión Einstein concluyó que si el espacio
es relativo y el tiempo es absoluto, entonces su cociente es relativo». «En este contexto
si quiero que el cociente entre el espacio y el tiempo para un cierto fenómeno
sea un valor absoluto tengo que hacer el tiempo relativo también. De esta forma
las dos relatividades, la del tiempo y la del espacio, se cancelan. Einstein se
dio cuenta de cómo debe variar el tiempo de acuerdo con el estado de movimiento
del observador para que la velocidad de la luz sea siempre la misma. Esto es,
en definitiva, lo que se observaba en los experimentos. A partir de aquí en vez
de intentar demostrar que la luz tiene una velocidad absoluta, algo que parece
imposible a partir de la teoría newtoniana, decidió asumir que existe una velocidad absoluta
y comprobar si esto es consistente con todo lo demás». «Entonces se dio cuenta de que la
física no se destruía ni se volvía inconsistente. De hecho, se percató de que
podía reconstruir todo su
armazón asumiendo que existía una velocidad absoluta y sin que
por ello se produjesen inconsistencias. Lo único que sucedía era que había unas
fórmulas que tenían unas modificaciones que se hacían visibles a velocidades
cercanas a la de la luz. Cuanto más rápido iba un objeto comparado con la
velocidad de la luz, más se parecía su movimiento al de la luz, y más efectiva
era la relatividad del tiempo desde el punto de vista de que los relojes no
marchan igual si se están moviendo». «La clave es que para encajar todo
esto Einstein decidió modificar el concepto del tiempo. En su teoría el ritmo
del tiempo depende del estado de movimiento de un objeto, pero también depende
de si estás en un campo gravitacional intenso. Si estás en uno de ellos, aunque
estés parado, el ritmo con el que transcurre el tiempo es más lento. Si pasas
una temporada cerca de un agujero negro el tiempo para ti transcurrirá más
despacio que para alguien que está en la Tierra. Simplemente vivimos en un
mundo que tiene estas propiedades. Podríamos vivir en un mundo newtoniano, pero
no es el caso. Como la velocidad de la luz es absoluta y es finita, pasan estas cosas»,
concluye José Luis sin disimular su entusiasmo. Los viajes en el tiempo hacia el
futuro y el principio de equivalencia «La existencia de una velocidad
máxima nos ha obligado a cambiar nuestras ideas acerca del espacio y el tiempo.
De hecho, esto es lo que describió Einstein en 1915 con su teoría general de la
relatividad. A partir de aquí podemos observar que viajar al futuro es fácil.
Si observamos el reloj de un piloto de avión que acaba de dar una vuelta a la
Tierra y lo comparamos con el de su hermano gemelo que se quedó en casa,
veremos que el del piloto va retrasado a pesar de que inicialmente estaban
sincronizados. En cierto sentido este último ha viajado al futuro de su hermano gemelo»,
expone Álvaro. «Parece absurdo, pero este experimento
se ha hecho y funciona perfectamente. De hecho, se repite todos los días miles
de veces a causa del GPS. Los satélites de esta red para localizarnos tienen
que tener en cuenta que como se están moviendo respecto a nosotros sus relojes
se retrasan respecto al nuestro. De esta forma, llevando esta idea al extremo
el piloto podría viajar muy deprisa y volver cuando su hermano gemelo tiene 80
años y él solamente tiene 30. Este efecto no solo es posible, sino que se demuestra todos los días
millones de veces». «Imaginemos que regresamos a
nuestro cohete en el vacío y vemos en su interior al astronauta flotando debido
a que no se ve afectado por la acción de ninguna fuerza. Si el cohete empieza a
acelerar y colocamos debajo de los pies del astronauta una báscula
comprobaremos que ya no marca cero como cuando el astronauta flotaba; marcará,
por ejemplo, 75 kg,
debido a que el cohete está acelerando con
la misma aceleración que la gravedad sobre la Tierra». «Esta observación fue la que llevó
a Einstein a formular la hipótesis conocida como principio de equivalencia,
que nos dice que la aceleración en un espacio lo suficientemente pequeño y la
gravedad son lo mismo. Esto significa que la gravedad es un aspecto de la
aceleración, y la aceleración está íntimamente relacionada con la gravedad»,
nos explica Álvaro con el propósito de que reparemos en uno de los principios
fundamentales de la relatividad general. La materia curva el espacio-tiempo Álvaro nos propone que continuemos
adelante indagando un poco más en la relación que existe entre la materia y el
continuo espacio-tiempo. Y para hacerlo nos sugiere un nuevo experimento mental
muy sencillo: «Si dibujamos un triángulo en un
plano por más o menos alargado que sea sus ángulos siempre sumarán 180 grados.
Esta es la propiedad que tiene un espacio plano. Sin embargo, si dibujo un
triángulo sobre un espacio con geometría curvada, como, por ejemplo, la
superficie de una esfera, sus ángulos sumarán 270 grados. Una de las
predicciones de la teoría de la relatividad nos dice que la luz puede ser desviada
por un objeto que tiene masa, de manera que podemos tomar tres puntos del
espacio para formar con ellos un triángulo, colocar en cada uno de ellos un
láser y enviar un haz de luz de uno a otro para conectarlos con rayos de luz en
línea recta». «Lo curioso es que si ahora coloco
la Tierra, que es un objeto con una gran masa, en medio de estos puntos
provocaré que la luz se curve un poco, de manera que los ángulos que describían
los haces de luz serán un poco mayores que los ángulos iniciales. La suma de
los tres ángulos cuando la luz viaja en un espacio curvado ya no será 180
grados; será una cifra algo mayor que esta cantidad. Esta es la forma en que
cualquier objeto que tenga masa o energía actúa sobre la estructura del espacio-tiempo,
provocando que sea curvada y
no plana», concluye este físico de partículas. Las ecuaciones de Einstein
permiten los atajos en el continuo espacio-tiempo «Para hablar de los agujeros de
gusano tenemos que recurrir, además de a la geometría, a algo aún más perverso
llamado topología. Supongamos que tengo una hoja de papel y que la enrollo para
darle forma de cilindro. Si inicialmente hubiese dibujado un triángulo en la
hoja de papel sus ángulos después de enrollarla para constituir con ella un cilindro
continuarán sumando 180 grados. Esto me está indicando que este espacio parece
curvo porque lo he metido en
un espacio tridimensional, que es el que tengo en mi cilindro.
Lo más curioso es que puedo hacer una cosa todavía más perversa: convertir el
cilindro en una rosquilla, cerrándolo», nos explica Álvaro. «Al hacerlo me daré cuenta de que
ahora tiene un agujero, y este orificio es importante porque es una propiedad topológica
del objeto con el que estamos trabajando que no puedo borrar. Es obvio que hay
una diferencia importante entre espacios planos y espacios como el de nuestra
rosquilla, que, a pesar de ser planos, tienen agujeros. Los agujeros de gusano
tienen mucho que ver con esto. Si tomo de nuevo una hoja de papel, que es un
espacio plano, y le dibujo dos puntos separados por una cierta distancia, de
manera que representen dos puntos del espacio-tiempo, puedo doblarlo con el
propósito de que un punto quede encima del otro». «Ahora dos puntos
que estaban muy alejados en el espacio-tiempo resulta que están muy cerca, uno
encima del otro. Si cojo una aguja y hago un agujero en la hoja para que un
punto llegue al otro habré construido una especie de puente entre ellos. Desde
un punto de vista geométrico esto es un agujero
de gusano, de modo que se trata de un objeto que pone en
contacto cercano dos puntos que inicialmente podían estar muy distantes en el
espacio-tiempo. En realidad lo que he hecho es darle una topología nueva, de
modo que mi espacio-tiempo ya no tiene una topología sencillísima; tiene una
más complicada».
«Si ahora extiendo el plano de
nuevo lo que sucederá es que el agujero de gusano se transformará en una
especie de asa, y esta asa tiene un agujero. Todas las ideas en las que podemos
indagar acerca de los agujeros de gusano tienen que ver con estas topologías
complicadas en las que hay asas y agujeros. La teoría de la relatividad general
consiste en una ecuación fundamental que todo el mundo ha visto en algún lugar,
y esta ecuación tiene varias soluciones. Precisamente, algunas de estas
soluciones describen los agujeros de gusano, y han sido comprobadas con mucha
precisión, pero siempre
localmente. Alrededor de un punto. Hasta ahora los físicos no
hemos podido comprobar las soluciones de la ecuación que tienen que ver con
estos espacios que conectan puntos a gran distancia». José Luis recoge el testigo de
Álvaro recordándonos la descomunal cantidad de energía que necesitamos para
acelerar un objeto macroscópico con el propósito de que alcance una velocidad
cercana a la de la luz. Solo así podríamos observar un desfase temporal
claramente perceptible: «La fórmula que describe este
fenómeno requiere que para que el retraso temporal sea apreciable te acerques
mucho a la velocidad de la luz. Y hacerlo con un objeto material y macroscópico
es muy difícil porque necesitas
unas energías bestiales. Ningún objeto con estas
características consigue acercarse a la velocidad de la luz excepto cuando
tienes dos agujeros
negros que están a punto de colisionar, o una estrella
de neutrones. Pero son sistemas muy extremos. Además, cuando desarrollas la
teoría te das cuenta de que esa velocidad absoluta es también una velocidad
límite. Para alcanzar la velocidad de la luz necesitas energía infinita». «Esto quiere decir que cada vez
cuesta más acelerar un objeto, de manera que el último 1% es mucho más costoso
que el primer 1%, por lo que la velocidad de la luz establece un límite para
los objetos con masa. Lo interesante es que si pudieses enviar una señal de
información más rápido que la velocidad de la luz la teoría nos dice que otro
observador que se está moviendo con una cierta velocidad respecto a ti podría
verlo invertido en el tiempo.
Podría ver que la información va hacia atrás en el tiempo. Este fenómeno tiene
una consecuencia muy significativa: si fuésemos capaces de superar la velocidad
de la luz podríamos enviar señales al pasado», puntualiza José Luis. «En este contexto el método obvio
de enviar señales al pasado, o la forma ‘pobre’ de viajar al pasado debido a
que si no puedes hacerlo tú al menos podrías enviar una señal para que ocurra
algo que te afecte, requeriría
superar la velocidad de la luz. El problema es que la teoría no
nos permite hacerlo utilizando este método de ‘fuerza bruta’ debido a que, como
hemos visto, necesitamos energía infinita. Todo lo que acabamos de ver describe
el funcionamiento del espacio-tiempo normal y corriente, que es plano y tiene
una geometría trivial en la que los triángulos rectángulos satisfacen el teorema
de Pitágoras». «Lo que sucede es que cuando tienes
campos gravitacionales muy intensos el espacio se deforma, por lo que nos
podemos preguntar si ese grado de deformación puede ser tan radical para crear
atajos que te permitan ir de un sitio a otro más rápido. Incluso es razonable
preguntarse si esos atajos pueden llevarnos al pasado. Estas ideas son muy
especulativas, pero se apoyan en unas soluciones de las ecuaciones de Einstein
que lo permiten.
El problema es que esta propuesta no puede ser utilizada para escribir el guión
de una película de ciencia ficción que sea interesante». «De todas las soluciones de las
ecuaciones de Einstein que sugieren la aparición de un bucle temporal que puede
ser utilizado por una partícula para regresar al pasado se desprende que la
partícula olvida que viene del futuro. Son unas soluciones tan especiales, tan
cristalinas, que si las tocas un poco se desmoronan. Son como un castillo de
naipes. De esta forma, ninguna solución de las ecuaciones permite que la
partícula haga algo diferente más allá de repetirse a sí misma, como, por ejemplo,
recordar que viene del futuro gracias a su propio mecanismo interno, debido a
que cada copia tiene una energía ligeramente diferente. La partícula es
distinta cada vez que recorre el bucle». «La energía de cada copia de la
partícula curva el espacio de una forma ligeramente diferente, y al hacerlo el
bucle se desmorona porque ya no estamos frente a un fenómeno periódico. De
alguna forma es como si el bucle no se cerrara. Es como si tienes un rollo de
papel higiénico que está constantemente enrollándose porque en cada vuelta es
ligeramente diferente. No lo puedes pegar y decir que es el mismo. En
definitiva, todas las soluciones de las ecuaciones de Einstein que permiten la
existencia de estos objetos, conocidos como curvas temporales cerradas, que es lo más
próximo que tenemos a un viaje en el tiempo, provocan que la partícula o el
objeto que viaja se esté repitiendo a sí mismo continuamente», concluye José
Luis. Los agujeros de gusano no sirven
para viajar al pasado José Luis continúa su explicación
invitándonos a adentrarnos en el inquietante mundo
de las paradojas desencadenado por la posibilidad de viajar a nuestro
pasado: «Lo que hemos visto hasta ahora no
se opone a algunas posibilidades interesantes. Si realmente viajas al pasado te
puedes encontrar contigo mismo cuando eras más joven. Te encuentras con una
copia de ti mismo, de manera que si decides matarla se produciría una inconsistencia
con el hecho de que tú hayas podido venir del futuro. Si todo lo que vas a
hacer es periódico, es trivial, como lo que sucede en la película ‘Atrapado
en el tiempo’, no hay ninguna contradicción. La cuestión es si hay
situaciones en las que puedes hacer algo interesante que sea consistente». «El número de
posibles historias consistentes si tienes bucles cerrados en el tiempo es mucho
más pequeño que si no los tienes. Y cuanto más complicado sea el sistema más
difícil va a ser que sean consistentes con el viaje en el tiempo» «Una posibilidad sería que al
viajar al pasado y encontrarte con tu yo más joven rebusques en tus recuerdos
para ver si te acuerdas de haber visto a un tipo que se parecía mucho a ti,
solo que parecía más viejo, te llamó la atención, y luego te olvidaste de él.
Podrías llegar a recordarlo, hipotéticamente, y esta sería una historia posible y compatible.
No ha pasado nada. No hay ninguna contradicción. El recuerdo estaba ahí. Lo
habías olvidado, pero lo puedes recuperar», puntualiza José Luis. «Lo interesante de este tipo de
viajes en el tiempo es que no son inconsistentes. Sin embargo, el número de
historias que son compatibles y no son inconsistentes es mucho más pequeño si
tienes el fenómeno de los bucles debido a que hay miles de maneras de
estropearlos. O bien de generar una pequeña perturbación que tenga un efecto
futuro que impida que entres en el bucle». «El número de posibles historias
consistentes si tienes bucles cerrados en el tiempo es mucho más pequeño que si
no los tienes. Y cuanto más complicado sea el sistema más difícil va a ser que
sean consistentes con el viaje en el tiempo. Para una partícula elemental puede ser fácil porque es
tan simple que hace muy pocas cosas. Básicamente lo único que hace es girar
sobre sí misma e ir de un lado para otro. Por esta razón, para una partícula
viajar hacia atrás en el tiempo es, en vez de ir de A a B, ir de B a A. Y en
vez de girar en el sentido de las agujas del reloj, girar en sentido
contrario». «En cualquier caso, no es la misma
sensación que tienes cuando ves que una taza de café se cae de la mesa y se
desparrama. Si ves este fenómeno hacia atrás en el tiempo ves una cosa muy rara
en la que miles de millones de moléculas se ponen de acuerdo de una forma sincronizada
para volver a constituir la taza», argumenta el director del IFT. «Esta es la razón
por la que se cree que si alguna vez se pudiesen formar este tipo de bucles
para ser consistentes tendrían que dar lugar a historias como la de la película
‘Atrapado en el tiempo’. El problema es que nadie sabe cómo hacer estas cosas,
y no es un problema tecnológico; es posible que las leyes de la física lo prohíban. De hecho,
los agujeros de gusano que podemos describir conceptualmente no sirven para
viajar al pasado. Al menos con los que trabajamos ahora mismo. Hay algunas
construcciones que parecen ser compatibles con las teorías que tenemos, pero en
ningún caso son atajos». «Imaginemos que construimos un
agujero de gusano para viajar de aquí a Andrómeda utilizando alguno de los modelos
conceptuales que por el momento consideramos correctos. Si viajamos por fuera a
la velocidad de la luz tardaríamos en llegar dos millones de años, pero si
viajamos por el interior del agujero de gusano tardaríamos más tiempo. No son un atajo. Lo que sí
podemos demostrar es que si fuésemos capaces de formar un atajo podríamos
utilizarlo para viajar hacia atrás en el tiempo, aunque existen indicios de que
esa construcción sería inconsistente. Esto significa que si modificamos el
agujero de gusano para intentar que sea un atajo, para acortarlo por dentro,
llegará un momento en el que colapsará. Y lo destruiremos». «El origen de este colapso reside
en la necesidad de utilizar energía negativa. Y es un recurso muy difícil de
conseguir debido a que las partículas elementales tienen energía positiva si no
les haces nada. Esto significa que tienes que colocarlas en unas situaciones
muy especiales para que tengan energía negativa en unas zonas muy concretas.
Sin embargo, la forma en que se curva el espacio cuando tienes energía negativa
concentrada provoca que este sistema tienda a colapsar. Tiende a formarse un
agujero negro. Cuando intentas manipular demasiado la energía negativa el
objeto se precipita hacia el colapso». «Hay un teorema aún
sin demostrar conocido como ‘la conjetura
de protección cronológica’, que es una hipótesis formulada por
Stephen Hawking, que dice que no hay ningún método físico con energía finita
que pueda generar curvas cerradas temporales estables de forma consistente.
Actualmente la idea que propone suministrar muchísima energía a una máquina
capaz de retorcer de algún modo el espacio-tiempo para formar un bucle, que es
como funcionaría una máquina del tiempo, no es posible con energía finita». «Todos los agujeros de gusano que
podemos construir hoy de una manera puramente matemática son del tipo de los
que no son atajos. Esto significa que ir por dentro es más largo que ir por
fuera, por lo que no son muy útiles. Eso sí, parece que se pueden estabilizar.
Otra opción son los agujeros de gusano que descubrieron Einstein y Rosen,
conocidos como puente
Einstein-Rosen, que unen dos agujeros negros. De alguna forma
es como si el interior de dos agujeros negros estuviese enganchado por dentro
como si fuesen dos hermanos siameses. El problema es que tampoco podemos hacer
cosas divertidas con ellas porque no son atravesables. Son agujeros negros, por
lo que podemos entrar por uno, pero no podríamos salir por el otro». «Hay una conjetura, probablemente
acertada, que propone que cualquier intento de construir un atajo real en el
espacio-tiempo que podamos transformar en un bucle temporal está condenado al
fracaso porque toda la zona colapsaría
en un agujero negro antes de lograrlo. No habría una forma
físicamente correcta de hacerlo a partir de un estado en el que antes no había
un bucle y tienes energía finita para conseguirlo. Actualmente hay físicos
teóricos que están intentando demostrar este teorema», concluye José Luis con
convicción. El cine de ciencia ficción (a
veces) respeta algunas leyes de la física No podía concluir mi conversación
con estos dos físicos teóricos dejando escapar la oportunidad de preguntarles
si hay alguna película de ciencia ficción que les parece razonablemente respetuosa con las leyes de la física.
Y sí, como sospechaba, las hay. De hecho, las que nos proponen son algunas de
las que los entusiastas de este género cinematográfico más hemos aclamado
durante los últimos años. Lo que nos cuenta José Luis es muy interesante: «Yo creo que la película que está
mejor hecha es ‘Interstellar’.
Todo lo que sucede en la parte final, cuando el protagonista entra en el
interior del agujero negro, es una pura elucubración. No obstante, utiliza un
lenguaje que no es del todo trivial gracias en gran medida al asesoramiento de Kip Thorne». «Yo creo que la
película que está mejor hecha es 'Interstellar'. Hay partes muy bien
calculadas, aunque otras no tanto» «Hay muchas partes de la película
que están muy bien calculadas, aunque otras no tanto, como, por ejemplo, las
fuerzas de marea que actúan sobre el planeta que está sometido al intenso campo
gravitacional del agujero negro. Si asumimos que ese planeta lleva ahí millones
de años lo natural es que esté sometido al
mismo efecto que actúa sobre la Luna, por lo que siempre
ofrecería la misma cara al agujero negro y no habría mareas». «Otra película que está muy bien es
‘Gravity’
porque la física de la microgravedad
está muy bien hecha, aunque hay partes en las que también le han echado
mucha imaginación. También me gusta ‘Marte’
porque la parte de los cálculos que tiene que hacer para sobrevivir tiene
sentido, aunque, de nuevo, hay otras partes que no se pueden justificar desde
un punto de vista científico. Incluso ‘Atrapado
en el tiempo’ ilustra bastante bien la idea de que si tuviésemos una
máquina del tiempo casi con toda seguridad sería aburridísima porque estaríamos repitiendo
lo mismo constantemente», sentencia José Luis soltando una sonora carcajada. https://www.xataka.com/investigacion/fisica-viajes-tiempo-explicada-dos-mejores-fisicos-teoricos
4. El tiempo se diluye en el universo cuántico El tiempo
cuántico está en una superposición de estados en la que pasado, presente y
futuro se funden, y en la que los procesos de causa y efecto se invierten. Toda
una promesa para la futura computación cuántica. La superposición cuántica es una de
las extrañas propiedades del mundo subatómico que permite a las partículas
elementales de la materia estar simultáneamente en dos lugares o estados
diferentes. Tal como explicamos en otro artículo,
para explicar la superposición de estados, el físico Erwin Schrödinger imaginó
en 1935 un gato encerrado en una caja junto a una botella de gas venenoso y un
plato de comida. El gato puede jugar con el dispositivo venenoso y morir o
tomar el alimento y vivir, con una probabilidad del 50% para cada opción. Según el mundo cuántico, el gato
está en realidad vivo y muerto a la vez, en una superposición de estados, hasta
que un observador (el científico), abre la caja para ver lo que ha pasado y se
produce un salto cuántico que concreta la suerte del gato. El gato de Schrödinger es solo un
experimento imaginario que explica lo que supuestamente ocurre en el universo
cuántico. Pero ahora, un grupo de físicos de
la Universidad de Queensland, dirigido por Magdalena Zych, ha desarrollado otro
experimento imaginario no menos sorprendente. Ha descubierto que la superposición
de estados no sólo es una propiedad de las partículas elementales, sino también
del tiempo. Eso significa que no solo el gato de Schrödinger está vivo y muerto
a la vez, sino que está tomando el alimento y el veneno al mismo tiempo en un
bucle interminable. Dinámica incomprensible Es decir, según este nuevo
experimento imaginario, el tiempo cuántico está también en una superposición de
estados en la que el pasado, el presente y el futuro se funden, y en la que los
procesos de causa y efecto se invierten, convirtiendo el efecto en causa y la
causa en efecto indistintamente, en una dinámica incomprensible para los
sentidos. «La secuencia de eventos puede
convertirse en mecánica cuántica», explica uno de los autores de esta
investigación, Igor Pikovski, del Centro de Ciencia e Ingeniería Cuántica del
Instituto de Tecnología Stevens, en un comunicado. Y añade: “observamos el orden
temporal cuántico, en el que no hay distinción entre un evento que causa el
otro o viceversa. Al mismo tiempo, A puede causar B y B puede causar A, en un
bucle cuántico que desdibuja las líneas de causa y efecto». El trabajo, publicado en Nature
Communications, se encuentra entre los primeros en revelar las propiedades
cuánticas del tiempo. Merced a estas propiedades
cuánticas, el flujo del tiempo cuántico no sigue una flecha hacia el futuro,
sino que está en un estado en el que la causa y el efecto pueden coexistir en
una dirección que tanto avanza hacia adelante como retrocede hacia atrás (el
pasado). Superposición en el espacio El experimento imaginario de este
grupo de físicos no se desarrolla en una caja, sino que usa la imaginación para
investigar qué pasaría con dos naves espaciales que estuvieran en la misma
situación que el gato, es decir, afectadas por una superposición de estados. En el primer momento del
experimento imaginario, las dos naves acuerdan dispararse recíprocamente unos
proyectiles y evitar daños. Y lo consiguen conviniendo los tiempos de los
disparos: sabiendo cuándo va a disparar la otra nave, la atacada se desplaza un
poco antes y escapa al proyectil. Si cualquiera de las naves dispara demasiado
pronto, destruirá a la otra. Hasta aquí, todo funciona tal como
se desarrolla en el mundo ordinario. Pero los investigadores fueron más lejos e
introdujeron en el experimento una teoría formulada por Einstein en 1915. Según la relatividad general, la
presencia de un objeto masivo ralentiza el flujo del tiempo, por lo que los
investigadores imaginaron que colocaban un planeta cerca de una de las dos
naves espaciales para ralentizar su flujo del tiempo. Aunque conozca el momento en el que
la otra nave va a efectuar el disparo, la nave cercana al planeta no evita su
destrucción, ya que su tiempo ha dejado de coincidir con el de la nave
atacante. Esa asincronía temporal, resultado de la relatividad general, habría
acabado con una de las naves. En la siguiente fase del
experimento imaginario, los investigadores, en vez de introducir la relatividad
general, recurrieron a la mecánica cuántica y pusieron al planeta en un estado
de superposición de estados cerca de una de las naves. Aspecto cuántico del tiempo El resultado fue tan sorprendente
como el que obtuvo Schrödinger hace casi 85 años: cerca de un planeta en
superposición de estados, las dos naves son destruidas y sobreviven al mismo
tiempo, porque la superposición del planeta se prolonga a la secuencia de
ataques y desvíos programada por las dos naves. En consecuencia, las naves
estelares se destruyen y sobreviven simultáneamente en dos eventos
separados, ilustrando por primera vez cómo puede ocurrir este escenario
cuántico y cómo puede verificarse científicamente. «Mover planetas es difícil», dijo
Pikovski. «Pero imaginarlo nos ayudó a examinar un aspecto cuántico
del tiempo que antes era desconocido», concluye. Otro de los autores, Fabio Costa,
de la Universidad de Queensland, añade
a su vez: «Aunque una superposición de planetas nunca sea posible, la
tecnología permitió una simulación de cómo funciona el tiempo en el mundo
cuántico, sin usar la gravedad». Y destaca la importancia del
hallazgo para las tecnologías futuras: los ordenadores cuánticos pueden
aprovechar esta particularidad del tiempo cuántico para realizar operaciones de
manera mucho más eficiente que los ordenadores actuales, sometidos a la
secuencia fija del tiempo ordinario. https://tendencias21.levante-emv.com/el-tiempo-se-diluye-en-el-universo-cuantico_a45423.html
4. Hallan, durante un experimento, una nueva clase de
tiempo cuántico Un
equipo de investigadores mezcla los conceptos de tiempo clásico y tiempo
cuántico para alterar el orden en el que se producen dos o más acontecimientos Un equipo de
investigadores de la Universidad de Queensland, en Australia, acaba de hacer un
descubrimiento excepcional durante uno de sus experimentos. La forma más
sencilla de describirlo sería que
han encontrado un «nuevo tipo de orden en el tiempo cuántico».
El hallazgo, en el que se mezclan la física clásica y la física cuántica,
permite alterar el orden temporal lógico de dos o más acontecimientos. La física Magdalena
Zych, que ha dirigido la investigación, afirma que el descubrimiento surgió de
un experimento diseñado por su equipo para unir elementos de las dos mayores,
aunque contradictorias, teorías de la Física. Los resultados de este singular
trabajo se acaban de publicar en Nature Communications. «Nuestro propósito
–asegura la investigadora– era descubrir qué sucede cuando un objeto lo
suficientemente masivo como para influir en el flujo del tiempo se coloca en un
estado cuántico». El tiempo en la cuántica y en la
relatividad Conviene aclarar, en
este punto, que el concepto del tiempo y su flujo cambia mucho de la física
clásica a la mecánica cuántica. Según explican los autores en su artículo, «El
tiempo tiene un carácter fundamentalmente diferente en la mecánica cuántica y
en la relatividad general. En
la teoría cuántica, los eventos se desarrollan en un orden fijo ,
mientras que en la relatividad general el orden temporal está influenciado por
la distribución de la materia. Cuando la materia requiere una descripción
cuántica, se espera que el orden temporal se vuelva no clásico, un escenario
más allá del alcance de las teorías actuales. Aquí proporcionamos una
descripción directa de tal escenario». La teoría de Einstein,
por ejemplo, predice que la presencia de un
objeto muy masivo puede ralentizar el tiempo . Y de ahí parte
precisamente el experimento de los investigadores. «Imaginemos dos naves
espaciales –explica Zych– a las que se les ordena dispararse mutuamente en un
momento específico, al mismo tiempo que tratan de esquivar el ataque de su
oponente». Evidentemente, el
primero que efectúe su disparo será el vencedor y destruirá a la otra nave.
Pero las cosas no siempre son como parecen. Ralentizar el tiempo en combate...
«Según la teoría de
Einstein –continúa Zych– un enemigo lo suficientemente poderoso podría usar los
principios de la relatividad general y colocar un objeto muy masivo, como un
planeta, cerca de la nave enemiga para que en ella se ralentice el paso del
tiempo. A causa de este lapso temporal, la nave más alejada del objeto masivo
disparará antes, y destruirá a su adversario». Y justo aquí entra la
segunda teoría. La mecánica cuántica, en efecto, dice que un objeto puede estar
en un estado de «superposición». «Lo cual significa –prosigue la investigadora–
que podemos encontrarlo en diferentes estados al mismo tiempo, como sucede con
el célebre gato de Schrödinger ». (Ya
saben, el gato encerrado en una caja junto a un frasco de veneno y que, según
la mecánica cuántica, está en un estado de «vivo/muerto» hasta que abrimos la
caja y «materializamos» uno de los dos posibles estados). O frenar el flujo del tiempo Pues bien, según Zych,
si aplicamos la mecánica cuántica al caso de la batalla espacial, la nave que
debería ser destruida a causa de la ralentización del tiempo podría colocar
todo el objeto masivo (el planeta entero) en un estado de superposición cuántica, con lo cual interrumpiría
de inmediato el flujo del tiempo . Para Zych, «esta sería
una forma totalmente nueva de establecer el orden de los eventos, sin que
ninguno de ellos sea primero o segundo. En un estado cuántico genuino, en
efecto, ambos serían primero y
segundo al mismo tiempo ». Según explica por su
parte Fabio Costa, coautor del estudio, «aunque una superposición de planetas,
como se describe en el estudio, puede que nunca sea posible, la tecnología sí
que nos permitió simular cómo funcionaría el tiempo en el mundo cuántico, sin
usar la gravedad. Incluso si el experimento nunca llegara a hacerse, el estudio resulta relevante para las
tecnologías futuras ». Como ejemplo de esas
tecnologías, Costa afirma que «actualmente, estamos trabajando en computadoras
cuánticas que, dicho de forma sencilla, podrían
saltar efectivamente en el tiempo para realizar sus operaciones
de manera mucho más eficiente que los dispositivos que operan siguiendo una
secuencia temporal fija, tal y como la conocemos en nuestro mundo
"normal"». https://www.abc.es/ciencia/abci-hallan-durante-experimento-nueva-clase-tiempo-cuantico-201908282004_noticia.html