¿Teletransporte? Muy posible. Lo siguiente: El viaje en el tiempo

Parte de la ciencia-ficción más extrema es básicamente factible.

Cualquier aficionado a la ciencia-ficción ha visto todo esto antes: rayos que atraviesan muros, viajes en naves estelares que se mueven más rápido que la luz, o viajar instantáneamente a lugares lejanos en el espacio y el tiempo. Estas ideas no sólo son creativas fantasías, no obstante; surgen a partir de la física teórica, especialmente del trabajo de Albert Einstein, cuya visión incluyó un universo que se curva sobre sí mismo en un espacio de tres dimensiones y una cuarta dimensión invisible del tiempo. Si la versión de Einstein del universo es correcta — y los experimentos realizados en el último siglo sugieren que esencialmente lo es — entonces las proezas de ficción basadas en sus teorías podrían ser también posibles. El potencial se ha hecho tan tentador que los físicos serios ahora comentan con regularidad tecnologías basadas en Einstein en las más renombradas revistas de su campo.

Uno de los más agudos de tales especuladores es Michio Kaku, físico de la Universidad de Nueva York. El legado científico de Einstein, apunta Kaku, ya ha constituido la base de muchos inventos increíbles, incluyendo el láser y el sistema de posicionamiento global (GPS). Pero, ¿qué necesitaríamos para llegar al siguiente nivel, desarrollar tales extrapolaciones del genio de Einstein para viajar mediante agujeros de gusano y teletransportarnos a través del espacio o viajar adelante y atrás por el tiempo? Los científicos ya han comenzado el trabajo, y Kaku informa aquí de sus progresos.

Otro espejo

En películas de ciencia-ficción como Stargate y Contact, los agujeros de gusano conectan puntos distantes del universo, permitiendo a la gente viajar de un punto a otro en mucho menos tiempo que los cientos o millones de años requeridos para realizar el viaje a la velocidad de la luz, la mayor velocidad convencional. La Teoría de la Relatividad General de Einstein sugiere la posibilidad de agujeros de gusano — atajos literales a través del espacio-tiempo provocados por la curvatura del propio universo. Pero, ¿existen realmente los agujeros de gusano, o son quimeras matemáticas?

Existen varios problemas graves que afrontar. Muchas soluciones dan como resultados “agujeros de gusano no atravesable”. Al igual que con los agujeros negros, una vez sobrepasas el horizonte de eventos de tal agujero de gusano, nunca lo abandonaras. En 1988, Kip Thorne y sus colegas de Caltech encontraron una posible salida: un agujero de gusano atravesable, uno a través del cual podrías pasar libremente de un lado a otro. De hecho, para una solución, el viaje a través de un agujero de gusano no sería peor que un viaje en avión.

Hay un inconveniente, sin embargo, que hizo impracticables tales agujeros de gusano. La gravedad aplastaría la garganta del agujero de gusano, destruyendo a los viajeros que intentasen alcanzar el otro extremo. Para estabilizar la garganta del agujero de gusano, los científicos necesitarían la fuerza repulsiva, o tal vez, las entidades más exóticas y especulativas del universo: energía y masas negativas. Posiblemente, usarlos podría mantener abierta la garganta lo suficiente como para permitir a los astronautas tener un camino despejado.

Los científicos han buscado materia negativa en la naturaleza, hasta ahora sin éxito. Debería apuntarse que la antimateria y la materia negativa son dos cosas completamente distintas. La primera existe y tiene energía positiva pero carga contraria. La materia negativa no se ha demostrado que exista. La materia negativa es bastante peculiar debido a que es más ligera que nada. De hecho, flota. Al contrario que los meteoros que impactan con los planetas, arrastrados por su gravedad, la materia negativa repelería grandes cuerpos como estrellas y planetas. Sería repelida, no atraída. Por tanto, aunque la materia negativa podría existir, esperamos encontrarla sólo en el espacio profundo, ciertamente no en la Tierra.

Incluso si pudiésemos situar o crear energía o materia negativa, aún sigue existiendo un gran problema: obtener y manipular lo suficiente de tal materia. Matthew Visser de la Universidad Victoria en Wellington, Nueva Zelanda, estima que la cantidad de materia negativa necesaria para abrir un agujero de gusano de un metro de ancho sería comparable a la masa de Júpiter, excepto que sería negativa. Dice, “Se necesita aproximadamente la masa de Júpiter menos uno para realizar el trabajo. Sólo manipular la energía de la masa positiva de Júpiter ya es bastante peculiar, bastante más allá de nuestras capacidades en el futuro previsible”. Podrían pasar milenios antes de que podamos siquiera pensar en controlar energía a tal escala.

Aún así, si los creásemos, los agujeros de gusano podrían abrir puertas no sólo al espacio, sino también al tiempo.

Construir una máquina del tiempo

Desde la perspectiva de la ciencia, el viaje en el tiempo era imposible en el universo de Newton, donde se veía como una flecha. Una vez lanzada, no podía nunca desviarse hacia el pasado. Un segundo en la Tierra era un segundo en todo el universo. Este concepto fue desbancado por Einstein, quien demostró que el tiempo es más como un río que fluye a lo largo del universo, acelerando y frenando conforme serpentea a través de estrellas y galaxias. Por lo que un segundo no es absoluto, varía conforme nos movemos a lo largo del universo.

En un tiempo considerado en los límites de la ciencia, el viaje en el tiempo de pronto se ha convertido en la zona de juegos de los físicos teóricos. Como Thorne ha escrito: “El viaje en el tiempo era terreno exclusivo para los escritores de ciencia-ficción. ¡Cómo han cambiado los tiempos! Ahora nos encontramos eruditos análisis sobre el viaje en el tiempo en revistas científicas serias, escritas por eminentes físicos teóricos …. ¿Por qué este cambio? Debido a que los físicos se han dado cuenta de que la naturaleza del tiempo es un tema demasiado importante para dejarlo únicamente en manos de los escritores de ciencia-ficción”.

La razón de todo este entusiasmo es que las ecuaciones de Einstein permiten muchos tipos de máquinas del tiempo. El diseño más prometedor está basado en un agujero de gusano atravesable. Este agujero de gusano se construye con ambos extremos situados inicialmente cerca. Dos relojes, uno en cada extremo, marcan sincronizados. Ahora toma un extremo del agujero de gusano y su reloj y envíalo al espacio a casi la velocidad de la luz. El tiempo decelera en ese extremo debido a un efecto de la Teoría de la Relatividad Espacial de Einstein conocido como dilatación temporal: Relativo a un observador estacionado en el suelo, el tiempo a bordo de la nave parece frenarse; relativo a la nave, el tiempo para el observador en el suelo parece acelerarse.

Dado que los dos relojes de los extremos del agujero de gusano no permanecen sincronizados, un viajero que atraviese el agujero de gusano de un extremo al otro puede moverse adelante y atrás en el tiempo. Existe un límite en cuánto puede viajar en el tiempo — es capaz de viajar hacia atrás sólo hasta el punto en que se construyó la máquina.

Cuando se habla sobre el potencial del viaje en el tiempo, aún hay un feroz debate. En 1997 Bernard Kay y Marek Radzikowski de la Universidad de York en Inglaterra y Robert Wald de la Universidad de Chicago demostraron que el viaje en el tiempo era consistente con todas las leyes conocidas de la física, excepto en un lugar — cerca de la entrada a un agujero de gusano. Aquí es justo dónde se esperaría que la Teoría de Einstein colapsara y los efectos cuánticos, que trabajan a nivel subatómico, tomasen el relevo. El problema es que cuando intentamos calcular los efectos de la radiación conforme entramos en una máquina del tiempo, tenemos que usar una teoría que combine la Relatividad General de Einstein con la Teoría Cuántica de la Radiación. Aún cuando ingenuamente hemos tratado de hacer esto, la teoría resultante no tiene sentido. Arroja una serie de respuestas infinitas que no tienen significado.

Aquí es donde entra en juego una Teoría del Todo. Todos los problemas del viaje en el tiempo a través de un agujero de gusano que han aquejado a los físicos (la estabilidad de un agujero de gusano, la radiación que podría matarte, el cierre del agujero de gusano cuando entras en él) se concentran en el horizonte, precisamente donde no tiene sentido la Teoría de Einstein.

Por tanto la clave de la comprensión del viaje en el tiempo es comprender la física del horizonte, y sólo una Teoría del Todo que unifique la relatividad de Einstein y el dominio cuántico puede explicar esto. Por tanto la resolución final a si todos estos dispositivos de ciencia-ficción son posibles tendrá que esperar hasta que los científicos puedan desarrollar finalmente una teoría del universo que trascienda incluso a la de Einstein.

Teletranspórtame

Tal vez la más tangible de las tecnologías punta sugeridas por las Teorías de Einstein es el teletransporte. La clave está en un famoso artículo de 1935 de Einstein y sus colegas Boris Podolsky y Nathan Rosen. Irónicamente, en su artículo proponen un experimento – el conocido como experimento EPR, por las iniciales de los tres autores — para acabar, de una vez por todas, con la introducción de la probabilidad de la Teoría Cuántica en la física. La Teoría Cuántica requiere de la probabilidad debido a que sus fórmulas no describen directamente cosas como la posición precisa de la partículas. En lugar de esto, las fórmulas describen ondas, conocidas como funciones de onda de Schrödinger. La amplitud de las ondas en una posición concreta se traduce como la probabilidad de que una partícula pueda encontrarse en ese punto.

Como apuntó el experimento EPR, de acuerdo con la Teoría Cuántica, si dos partículas – electrones, por ejemplo – inicialmente vibran al unísono (un estado llamado coherencia), pueden permanecer en sincronización ondulatoria incluso si se separan una gran distancia. Dos electrones pueden estar separados billones de kilómetros, pero aún así tienen una función de onda invisible de Schrödinger que los conecta, como un cordón umbilical. Si algo le sucede a uno de los electrones, parte de su información es transmitida inmediatamente al otro, más rápido que la velocidad de la luz. Este concepto — que las partículas que vibran en coherencia tienen algún tipo de conexión interna — es conocido como entrelazamiento cuántico. Einstein llamó irónicamente a esto “acción fantasmal a distancia”, y lo usó para “demostrar” que la Teoría Cuántica estaba equivocada, dado que nada puede viajar más rápido que la luz.

Pero en los años 80, Alain Aspect y sus colegas de Francia realizaron el experimento EPR usando fotones entrelazados emitidos a partir de átomos de calcio y dos detectores situados a 13 metros de distancia. Los resultados concuerdan exactamente con la Teoría Cuántica. ¿Estaba entonces Einstein equivocado respecto a la velocidad de la luz como un límite de velocidad universal? En realidad no. En el experimento de Aspect, la información viajó más rápido que la velocidad de la luz, pero la información era aleatoria, por tanto inútil.

Aún así el entrelazamiento abre la puerta al teletransporte. En 1993 científicos de IBM, liderados por Charles Bennett, demostraron que era físicamente posible teletransportar objetos, al menos a nivel atómico, usando el experimento EPR. Hablando con propiedad, demostraron que se podría teletransportar toda la información contenida dentro de una partícula. Dos partículas con la misma información son idénticas, por lo que transportar la información es esencialmente lo mismo que teletransportar la propia partícula. Desde entonces, los físicos han sido capaces de teletransportar fotones y átomos de cesio completos. Dentro de unas pocas décadas, los científicos pueden ser capaces de teletransportar moléculas de ADN o incluso virus.

En estos experimentos de teletransporte, los físicos comienzan con, digamos, dos átomos A y C. Supongamos que deseamos teletransportar información del átomo A al C. Empezamos por tener un tercer átomo, B, que comienza entrelazado con C. Ahora el átomo A entra en contacto con B, de tal forma que la información contenida en A se transfiere a B. Dado que B y C estaban originalmente entrelazados, la información de A ahora se ha transferido al átomo C; alguien que examine el átomo C sería incapaz de decir la diferencia entre éste y el átomo original A.

En entrelazamiento destruye la información dentro del átomo A (por lo que no tenemos dos copias tras el teletransporte). Esto significa que cualquiera que sea teletransportado de esta forma moriría en el proceso. Pero el contenido de información de su cuerpo aparecería instantáneamente en algún otro lugar. En otras palabras, moriría en un lugar para renacer en otro.

En 2007 Ashton Bradley del Centro de Excelencia para Óptica Atómica Cuántica del Consejo de Investigación Australiano en Brisbane propuso otro método de teletransporte, explotando otra visión de Einstein, un estado de la materia conocido como condensado Bose-Einstein, o BEC, que es una de las sustancias más frías del universo. Un BEC está a una millonésima de mil millonésima de grado por encima del cero absoluto, una temperatura que sólo se encuentra en laboratorio. Cuando ciertas formas de materia se enfrían cerca del cero absoluto, sus átomos se desploman al menor estado de energía, por lo que todos vibran al unísono. Las ondas cuánticas de todos los átomos se solapan de tal forma que, en cierto sentido, un BEC es como un superátomo gigantesco. Einstein y Satyendra Nath Bose predijeron este extravagante estado de la materia en 1925, pero no fue hasta 1995 cuando finalmente se creó en el laboratorio.

Así es como funciona el dispositivo de teletransporte australiano. Empieza con un conjunto de átomos de rubidio superfríos en un estado de BEC. Se aplica un rayo de materia, también hecho de átomos de rubidio, al BEC. Estos átomos también se desploman al menor estado de energía, arrojando el exceso de energía en forma de pulso de luz. Este rayo de luz se envía entonces a través de un cable de fibra óptica. Es notable apuntar que contiene toda la información cuántica necesaria para describir el rayo de materia original (por ejemplo, la posición y velocidad de todos los átomos). El rayo de luz impacta en otro BEC, el cual se convierte en el rayo de materia original.

Dado este progreso, ¿cuándo podríamos ser capaces de teletransportarnos a nosotros mismos? Los físicos esperan teletransportar moléculas complejas en los próximos años. Tras eso, tal vez moléculas de ADN o incluso virus podrían transportarse en las siguiente décadas. En principio, no hay nada que evite el que podamos teletransportar a una persona real (suponiendo que aceptemos el riesgo), pero los problemas técnicos son asombrosos. Se necesita de algunos de los laboratorios físicos más precisos del mundo para crear coherencia entre dos diminutos fotones de luz y átomos individuales. De hecho, podríamos necesitar siglos o más para que podamos teletrasnportar los objetos cotidianos, si es que es finalmente posible.

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Autor: Michio Kaku
Fecha Original: 28 de febrero de 2008
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Fuente: Ciencia Kanija