¿Podemos viajar al pasado sin cambiar el futuro?

Una desconcertante teoría alternativa evita paradojas como la del viajero del tiempo que mata a su propio abuelo

Las paradojas penden sobre los viajes en el tiempo como una espada de Damocles futurista. La posibilidad de viajar al pasado y matar a tu propio abuelo impidiendo tu nacimiento (y el viaje en cuestión) ha sido utilizada en varias oportunidades como un potente argumento en contra de los viajes al pasado. Sin embargo, un científico del MIT asegura que gracias a las casi siempre desconcertantes alternativas que plantea la física cuántica, podrían evitarse esas paradojas. ¿Podremos, entonces, viajar al pasado? Seth Lloyd, del MIT, cree que sí.

La posibilidad de viajar en el tiempo siempre ha sido un tema de interés para los físicos. Dejando de lado el pequeño detalle de que nuestra tecnología no está ni siquiera remotamente cerca de permitirnos semejante cosa, lo cierto es que los científicos pueden intentar determinar si las leyes de la física permiten o no realizar estos viajes. Es posible que el tiempo, al que generalmente le reconocemos una sola dirección fija e inalterable, pueda -desde el punto de vista de la física- ser “revertido” permitiendo a una partícula (o a un humano, llegado el caso) viajar al pasado. Si esto ocurriese, pueden aparecer situaciones -llamadas paradojas- que plantean enormes desafíos intelectuales. La más conocida de ellas es la llamada “Paradoja del abuelo”: una persona viaja al pasado y mata a su abuelo antes de que este conozca a su abuela y puedan concebir a su padre. Esto implica que en realidad el viajero temporal nunca ha nacido y por lo tanto no pudo haber viajado en el tiempo para eliminar a su antepasado. Sin embargo, puede que tales paradojas puedan ser evitadas gracias al teletransporte cuántico.

La mecánica cuántica esta plagada de extrañas consecuencias, una de las cuales es la llamada postselección, es decir, la capacidad de realizar un cómputo que descarte automáticamente ciertos resultados. Imaginemos una expresión compleja que posee una enorme cantidad de variables y que necesitamos saber cuál de todas las combinaciones posibles es la respuesta a nuestro problema. La forma de resolver esto mediante un ordenador tradicional es utilizar lo que sutilmente se denomina “fuerza bruta”: probar, una a una, con todas las combinaciones de variables hasta encontrar la que funciona. La postselección, por el contrario, permite que las variables tomen valores de forma aleatoria y se “postseleccionen” poniendo como condición que la respuesta sea correcta. Este fenómeno, además de permitir a los especialistas especular con ordenadores cuánticos capaces de resolver prácticamente cualquier problema, podría impedir las paradojas relacionadas con los viajes al pasado.

El responsable de esta especulación es un científico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) llamado Seth Lloyd. Según este físico, si se combina la postselección con la teletransportación cuántica podríamos construir una máquina del tiempo libre de paradojas. El teletransporte cuántico aprovecha un efecto conocido como entrelazamiento cuántico para reproducir en un punto del espacio un estado cuántico que existía antes en otro sitio, y Lloyd cree que puede utilizarse la postselección para que este proceso ocurra a la inversa. La postselección aseguraría que sólo se pueda teletransportar determinados estados cuánticos, limitando los estados en podría encontrarse la partícula original antes de ser teletransportada.

Cuestión de probabilidades

En pocas palabras, el estado de la partícula se encuentra viajando hacia atrás en el tiempo. Todo esto resulta prácticamente incomprensible para los que no tenemos un doctorado en Física, pero lo cierto es que -de construirse una máquina del tiempo que funcione según estos principios- no padecería las habituales e incómodas paradojas. El secreto se encuentra en la naturaleza totalmente probabilística de la mecánica cuántica, que asegura que cualquier cosa que permita la máquina del tiempo tiene una probabilidad finita de ocurrir.

Pero la capacidad de evitar paradojas no es la única característica interesante que tiene la máquina del tiempo de Lloyd. Este sistema tampoco necesita de las distorsiones espaciotemporales que requieren las máquinas tradicionales, como “retorcer” el tejido del espacio-tiempo o aprovechar fenómenos como los agujeros negros para permitir el viaje. “Tenemos la esperanza es que esta teoría resulte útil también para formular una teoría cuántica de la gravedad”, dicen Lloyd y sus colaboradores. Si este físico está en lo cierto, algún día las maquinas del tiempo funcionarán gracias a su trabajo y los alumnos de todo el mundo recordarán sus contribuciones a la comprensión de la fuerza de la gravedad. Si se equivoca, volverá irremisiblemente al anonimato. Solo el tiempo -paradójicamente- nos dará la respuesta.

El protón es un 4% más pequeño de lo que se creía

PARÍS — El protón es un 4% más pequeño de lo que pensaban los científicos, según un experimento internacional que podría poner en entredicho una de las teorías fundamentales de la física cuántica, que intenta explicar lo infinitesimal.

Este hallazgo de un grupo de 32 científicos presidido por Randolf Pohl, del Instituto de Óptica Cuántica Max Planck, en Alemania, es portada esta semana de la revista Nature.

El protón es uno de los elementos del núcleo de los átomos, el corazón de la materia. Esta variación del 4% es importante, sobre todo porque el experimento se hizo con métodos diez veces más precisos que los anteriores.

Los científicos se quedaron pasmados: "No habíamos previsto que pudiera haber divergencias entre los valores conocidos y nuestras medidas", asegura Paul Indelicato, director del Laboratorio Kastler Brossel y coautor del artículo.

Los científicos usan siempre hidrógeno, el elemento más sencillo para estudiar en física cuántica: un electrón gira alrededor de un protón. Los otros átomos contienen múltiples electrones, protones y neutrones y son, por tanto, bastante más complejos.

Concretamente, utilizaron hidrógeno muónico: sustituyeron su electrón por un muón, una partícula elemental cargada negativamente pero con una masa 200 (207) veces más importante que la del electrón. Es, por tanto, más cercano al protón y permite medidas más precisas que con el hidrógeno clásico usado anteriormente.

"Ahora los teóricos retomarán las ecuaciones de electrodinámica cuántica y se harán otros experimentos para confirmar o invalidar nuestro descubrimiento. En dos años, haremos otro experimento en el mismo aparato con helio muónico. Otro equipo trabaja con ion helio y sus resultados pueden aportar informaciones interesantes", anuncia Paul Indelicato.

El laboratorio subterráneo de canfranc reanuda la búsqueda de materia oscura

MADRID, 01 (SERVIMEDIA)

El Laboratorio Subterráneo de Canfranc (Huesca) reanuda la búsqueda de materia oscura y de neutrinos tras haber permanecido cerrado durante tres años en los que se han realizado obras de mejora de sus instalaciones, según informó hoy el Centro Nacional Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN).
Esta instalación científica que nació en los años 80 del pasado siglo está situada a 850 metros de profundidad en la montaña de Tobazo (Huesca, Aragón) y está gestionado por un consorcio formado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, el Gobierno de Aragón y la Universidad de Zaragoza.

Los científicos de este laboratorio intentarán desentrañar algunas de las incógnitas fundamentales de la física moderna, como son la detección de materia oscura, partículas “invisibles” que componen el 24% de la materia del Universo que se conoce, o la caracterización de una rara propiedad del neutrino que explicaría la prevalencia de la materia sobre la antimateria, es decir, la existencia del Universo tal y como lo vemos, incluida la presencia de vida.

Mapa tridimensional de galaxias

M.BLANTON / SLOAN DIGITAL SURVEY | 23-06-2010

La distribución de galaxias se presenta en este mapa tridimensional del Sloan Digital Survey desde la perspectiva de la Tierra en el centro

Los cosmólogos toman medidas a la 'partícula fantasma'

La masa máxima del neutrino es inferior a una milmillonésima de la de un átomo de hidrógeno

Los neutrinos apenas interaccionan con la materia, por lo que la atraviesan sin inmutarse, son como partículas fantasmas que podrían pasar a través de un bloque de plomo de un grosor de un año luz (nueve billones y medio de kilómetros) sin chocar con un átomo del metal. Están por todo el universo y billones de ellas atraviesan constantemente cada de centímetro cuadrado de tierra, agua o persona. Desde hace unos años se sabe, en contra de lo que se pensaba, que estas partículas tienen masa, pero muy pequeña, y es muy difícil medirla. Ahora, un equipo de cosmólogos del University College of London (UCL, Reino Unido) anuncia que la masa del neutrino no supera los 0,28 electronvoltios, lo que significa menos de una milmillonésima de la masa de un átomo de hidrógeno. Su conclusión se basa en el análisis de la distribución de galaxias en el universo y es, según afirman estos científicos, la medida más precisa hasta ahora de la masa del neutrino.

La investigación tiene implicaciones cosmológicas porque los neutrinos, tan abundantes como ligeros, podrían constituir una parte, aunque muy pequeña, de la enigmática materia oscura del universo, o parte de ella. Los cálculos más actuales indican que sólo el 4,6% del cosmos está hecho de materia corriente, mientras que un 23,3% debe ser materia oscura, cuya presencia se nota por su efecto gravitacional, pero no brilla de ningún modo; el resto, un 72,1% sería energía oscura, algo mucho más misterioso aún.

Ofer Lahav, Filipe Addalla y Shaun Thomas (cuya tesis doctoral es la investigación en cuestión sobre la masa máxima del neutrino) presentarán sus resultados detallados en la revista Physical Review Letters, pero de momento han dado a conocer sus conclusiones en un congreso celebrado en Londres. "Aunque los neutrinos suponen menos del 1% de toda la materia, son una parte importante del modelos cosmológico, es fascinante cómo la esquiva y minúscula partícula puede tener tal efecto sobre el Universo", afirma Thomas en un comunicado del UCL.

El descubrimiento de la masa de los neutrinos y la mayoría de los experimentos en curso para determinar su valor se basan en experimentos en los que estas partículas, tras recorrer grandes distancias, se transmutan de un tipo en otro (hay tres tipos de neutrinos). Las observaciones se hacen tanto midiendo los neutrinos procedentes del Sol, por ejemplo, como registrando en un detector los tipos de neutrinos que llegan de un haz de estas partículas disparado a centenares de kilómetros y que también en ese caso se transmutan de un tipo a otro mientras viajan.

Pero Lahav y sus colegas han recurrido a otra estrategia completamente distinta, aprovechando la información que proporciona el mayor mapa tridimensional de galaxias que se ha hecho hasta ahora: el MegaZ, con 700.000 galaxias registradas en el proyecto de observación Sloan Digital Survey. Tal es la abundancia de neutrinos en el universo que su efecto acumulativo influye en la distribución de la materia, en gran medida condensada en grupos galaxias. Ellos han analizado el efecto de los neutrinos en la distribución de las galaxias en combinación con la apariencia del cosmos primitivo tal y como se refleja en la llamada radiación de fondo, que se emitió cuando el universo tenía algo más de 300.000 años (ahora tiene 13.700 millones) y que se mide en todo el cielo. Este análisis ha permitido establecer la máxima masa del neutrino, pero Abadlla considera que la técnica es tan eficaz que permitirá en el futuro afinar aún más ese valor.

El telescopio digital más grande del mundo investigará la materia oscura del Universo

El telescopio Pan-STARRS (siglas en inglés del Sistema de Telescopio de Inspección Panorámica y Respuesta Rápida) creado con el apoyo financiero de la Fuerza Aérea de EEUU investigará la materia oscura del Universo, comunica el periódico británico The Daily Mail.

Considerado el telescopio digital más grande del mundo, Pan-STARRS va equipado con una cámara de 1.400 megapíxeles y puede hacer imágenes de las tres cuartas partes del cielo de una vez, así como seguir objetos en movimiento rápido y explosiones cósmicas.

El telescopio está instalado en Hawai y al principio se destinaba para descubrir nuevas supernovas en las galaxias y seguir asteroides peligrosos en el espacio circunterrestre.

Los datos que obtendrá el telescopio permitirán comprender mejor la evolución de las galaxias y, posiblemente, desvelar la naturaleza de la materia y energía oscuras, misteriosos componentes que controlan el desarrollo del Universo.

"Pan-STARRS tiene un enorme potencial para elaborar mapas de distribución de la materia en el Universo e incluso de la materia oscura", comentó el investigador británico Alan Heavens de la Universidad de Edimburgo (Escocia).

Física Atómica

La física atómica es un campo de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los átomos (electrones y núcleos atómicos). El estudio de la física atómica incluye a los iones así como a los átomos neutros y a cualquier otra partícula que sea considerada parte de los átomos.

La física atómica y la física nuclear tratan cuestiones distintas, la primera trata con todas las partes del átomo, mientras que la segunda lo hace sólo con el núcleo del átomo, siendo este último especial por su complejidad. Se podría decir que la física atómica trata con las fuerzas electromagnéticas del átomo y convierte al núcleo en una partícula puntual, con determinadas propiedades intrínsecas de masa, carga y espín.

POSTULADOS DE BOHR

En los tres artículos que publicó en el Philosophical Magazine en 1913, enunció cuatro postulados:

1) Un átomo posee un determinado número de órbitas estacionarias, en las cuales los electrones no radian ni absorben energía, aunque estén en movimiento.

2) El electrón gira alrededor de su núcleo de tal forma que la fuerza centrífuga sirve para equilibrar con exactitud la atracción electrostática de las cargas opuestas.

3) El momento angular del electrón en un estado estacionario es un múltiplo de h/2p (donde h es la constante cuántica universal de Planck).

4) Cuando un electrón pasa de un estado estacionario de más energía a otro de menos (y, por ende, más cercano al núcleo), la variación de energía se emite en forma de un cuanto de radiación electromagnética (es decir, un fotón). Y, a la inversa, un electrón sólo interacciona con un fotón cuya energía le permita pasar de un estado estacionario a otro de mayor energía. Dicho de otro modo, la radiación o absorción de energía sólo tiene lugar cuando un electrón pasa de una órbita de mayor (o menor) energía a otra de menor (o mayor), que se encuentra más cercana (o alejada) respecto al núcleo. La frecuencia f de la radiación emitida o absorbida viene determinada por la relación: E1-E2=hf, donde E1 y E2 son las energías correspondientes a las órbitas de tránsito del electrón.

Radiación de Cuerpo Negro

Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y constituye un modelo ideal físico para el estudio de la emisión de radiación electromagnética. El nombre Cuerpo negro fue introducido por Gustav Kirchhoff en 1862. La luz emitida por un cuerpo negro se denomina radiación de cuerpo negro.

Todo cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas, siendo esta radiación, que se emite incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más elevada es la temperatura del emisor. La energía radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible (es decir, de menor frecuencia). Al elevar la temperatura no sólo aumenta la energía emitida sino que lo hace a longitudes de onda más cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se calienta. Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas las frecuencias o longitudes de onda, sino que siguen la ley de Planck.

A igualdad de temperatura, la energía emitida depende también de la naturaleza de la superficie; así, una superficie mate o negra tiene un poder emisor mayor que una superficie brillante. Así, la energía emitida por un filamento de carbón incandescente es mayor que la de un filamento de platino a la misma temperatura. La ley de Kirchhoff establece que un cuerpo que es buen emisor de energía es también buen absorbente de dicha energía. Así, los cuerpos de color negro son buenos absorbentes y el cuerpo negro es un cuerpo ideal, no existente en la naturaleza, que absorbe toda la energía.

Mecánica Cuántica

En física, la mecánica cuántica (conocida originalmente como mecánica ondulatoria) es una de las ramas principales de la física, y uno de los más grandes avances del siglo veinte para el conocimiento humano, que explica el comportamiento de la materia y de la energía. Su aplicación ha hecho posible el descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías, como por ejemplo los transistores que se usan más que nada en la computación. La mecánica cuántica describe como el electrón, y por lo tanto todo el universo, existe en una diversa y variada multiplicidad de estados los cuales, habiendo sido organizados matemáticamente por los físicos, son denominados autoestados de vector y valor propio, lo que en el idioma inglés se denomina con el término "Eigenstates". De esta forma la mecánica cuántica explica y revela la existencia del átomo y los misterios de la estructura atómica; lo que por otra parte, la física clásica, y más propiamente todavía la mecánica clásica, no podía explicar debidamente.

De forma específica, se considera también mecánica cuántica, a la parte de ella misma que no incorpora la relatividad en su formalismo, tan sólo como añadido mediante teoría de perturbaciones. La parte de la mecánica cuántica que sí incorpora elementos relativistas de manera formal y con diversos problemas, es la mecánica cuántica relativista o ya, de forma más exacta y potente, la teoría cuántica de campos (que incluye a su vez a la electrodinámica cuántica, cromodinámica cuántica y teoría electrodébil dentro del modelo estándar)^[4] y más generalmente, la teoría cuántica de campos en espacio-tiempo curvo. La única interacción que no se ha podido cuantificar ha sido la interacción gravitatoria.

La mecánica cuántica es la base de los estudios del átomo, los núcleos y las partículas elementales (siendo ya necesario el tratamiento relativista) pero también en teoría de la información, criptografía y química.

Relatividad general

La Teoría general de la relatividad o relatividad general es una teoría del campo gravitatorio y de los sistemas de referencia generales, publicada por Albert Einstein en 1915 y 1916.


El nombre de la teoría se debe a que generaliza la llamada teoría especial de la relatividad. Los principios fundamentales introducidos en esta generalización son el Principio de equivalencia, que describe la aceleración y la gravedad como aspectos distintos de la misma realidad, la noción de la curvatura del espacio-tiempo y el principio de covariancia generalizado.

La intuición básica de Einstein fue postular que en un punto concreto no se puede distinguir experimentalmente entre un cuerpo acelerado uniformemente y un campo gravitatorio uniforme. La teoría general de la relatividad permitió también reformular el campo de la cosmología.