La física de lo imposible

Michio Kaku, profesor de física de la City University de Nueva York explora para Planeta Fascinante los confines de lo posible.

Teletransportarnos, hacernos invisibles, viajar en el tiempo… Fenómenos increíbles inspirados en la ciencia-ficción que podrían formar parte de nuestro día a día dentro de muy poco tiempo. Y es que no tienen en su contra ninguna ley de la naturaleza, sólo es cuestión de que algún inventor logre hacerlos realidad. Michio Kaku, profesor de física de la City University de Nueva York explora para Planeta Fascinante los confines de lo posible.

Profesor Michio Kaku

Este visionario y autor de varios libros de éxito enseña física en Nueva York. Es uno de los mayores expertos en la “Teoría de cuerdas”.

¡Imposible! ¡Absurdo! Son expresiones típicas que se escuchan cuando se habla de determinadas teorías científicas. Algunas personas que se autodenominan “expertos” afirman que no es posible que los seres extraterrestres alcancen la Tierra mediante naves espaciales: la distancia entre las estrellas es demasiado grande. ¿La telepatía? También imposible, porque el cerebro no puede ni enviar ni recibir mensajes. Analizando en profundidad estos fenómenos constatamos que es cierto que, a día de hoy o en un futuro próximo, son inviables. Pero la verdadera cuestión es… ¿seguirán siendo imposibles cuando contemos con tecnologías más avanzadas dentro de cientos o incluso miles de años? Tal vez estos “imposibles” son sólo problemas de difícil resolución de los que tienen que ocuparse los ingenieros. El escritor de ciencia-ficción recientemente fallecido Arthur C. Clark declaró en cierta ocasión: “Cualquier tecnología lo suficientemente avanzada es indistinguible de la magia.”. Así que la pregunta que deberíamos plantearnos es ¿atentan estos “imposibles” contra las leyes conocidas de la física?

Capas de invisibilidad, campos de fuerza… Nada es imposible.

Es una realidad: sobre la senda del progreso se amontonan muchos “imposibles”. Después de ver como muchos de ellos han sido finalmente viables, los físicos de hoy en día han hecho suya una frase muy significativa: Todo lo que no está prohibido, ocurrirá inevitablemente. Si no hay una ley natural que prohíba una determinada tecnología, esta no será sólo “teóricamente posible”, sino que con toda seguridad será llevada a la práctica. Para abordar de forma sistemática la física de lo imposible se puede establecer una jerarquía: yo divido los “imposibles” en tres categorías. En la categoría I se encuadran los que podrían hacerse realidad en las próximas décadas o en el próximo siglo. En la categoría II incluyo aquellos fenómenos que necesitarán siglos o incluso milenios de perfeccionamiento. La categoría III la forman todas aquellas tecnologías que violan leyes de la naturaleza sobradamente conocidas y que por tanto son, en mi opinión, totalmente inviables.

Los “imposibles” de tipo I tienen una cosa en común: todos pueden convertirse en posibles en un futuro próximo con la ayuda de las leyes naturales que ya conocemos, pero precisan de una labor de ingeniería de primera línea. Hablamos de temas como la invisibilidad, los campos de fuerza, las pistolas de rayos, la psicoquinesia, las naves espaciales interestelares, los motores materia-antimateria e incluso algunas modalidades de teletransportación o telepatía. En el pasado les enseñaba a mis estudiantes, en mis clases de óptica, que la invisibilidad era algo imposible. Para que un objeto se vuelva invisible, la luz tiene que rodearlo, igual que el agua de un río fluye alrededor de una roca. Río abajo, uno no tiene ni idea de que había una roca río arriba, una vez pasada la roca en el arroyo todo sigue igual, simplemente el agua sigue su curso.

Además está también la llamada ley de la refracción de Snell, que describe cómo los diferentes materiales hacen que la luz se refracte o se desvíe cuando pasan de un medio de propagación a otro. Según esto, la luz tendría que moverse a una velocidad superior a la velocidad de la luz para poder rodear un objeto y en consecuencia hacerlo invisible, cosa que parece imposible. Sin embargo hace dos años unos físicos de la universidad americana de Duke y del Imperial College en Londres demostraron que un metamaterial podía hacer invisibles a los objetos que se envolvían en él. Al principio los objetos sólo eran invisibles para las microondas, pero al menos se logró eso. Mediante impurezas casi imperceptibles en el metamaterial, los científicos lograron desviar la trayectoria de las microondas. Pero fue el pasado año cuando dos grupos –uno en el Instituto Tecnológico de California y en otro en la Universidad de Karlsruhe, en Alemania- consiguieron desarrollar metamateriales que curvaban de la misma forma la luz láser roja y la verde. Un hito importantísimo: por primera vez se pudo curvar la trayectoria recta de la luz visible.

Teniendo en cuenta la increíble velocidad a la que avanza la ciencia, probablemente en una o dos décadas los científicos estarán en disposición de hacer objetos totalmente invisibles pero sólo si se les proyecta un solo color. Quien sabe, tal vez la capa de Harry Potter se lance al mercado aún en este siglo.

Igual de imposible se pensaba antes que era la idea de la transportación (“beaming” en inglés). Sin embargo a día de hoy los físicos teletransportan regularmente fotones a distancias de hasta 600 metros. Incluso son ya capaces de teletransportar átomos completos de cesio y de berilio. En realidad lo que se hace es teletransportar la información cuántica de un fotón o de un átomo a otro fotón o átomo distante, no al fotón o átomo en sí.

En el plazo aproximado de una década se teletransportará la primera molécula siguiendo este procedimiento. Y dentro de algunas décadas los físicos podrían lograr teletransportar moléculas orgánicas complejas o tal vez incluso un virus o fragmentos de un ADN.

Para conseguirlo, los físicos se valen de un exótico fenómeno: el entrelazamiento cuántico. Cuando dos partículas se entrelazan de tal manera que vibran en coherencia, forman una unión a modo de cordón umbilical invisible. Esta conexión permanece intacta, incluso cuando se aleja una partícula y la otra. Si algo le sucede a una de las partículas, esta información es transmitida inmediatamente a la otra. La partícula “entrelazada” siempre se comportará según la información que se le teletransporte. Este fenómeno demuestra que la teletransportación realmente es un fenómeno de tipo I. Sin embargo el entrelazamiento es un algo extremadamente sensible. La más mínima interferencia puede romper esta fina unión. Parece que van a tener que pasar varios siglos hasta que sea posible teletransportar los billones de átomos que componen el cuerpo de un ser humano.

¿Cuándo abordarán los ingenieros la construcción de una máquina del tiempo?

Los imposibles de tipo II son mucho más complicados. Pueden pasar milenios o incluso millones de años hasta que puedan hacerse realidad. Pero lo decisivo es que están dentro del ámbito de lo posible. Lo que hace que estas tecnologías sean tan complejas son las enormes cantidades de energía que precisan, junto al hecho de que aún no poseemos un conocimiento suficientemente sólido sobre sus fundamentos físicos. En esta categoría se enmarcan los viajes en el tiempo, los viajes a velocidades superiores a la velocidad de la luz a través de agujeros de gusano y los viajes a universos paralelos.

En los años 90 Stephen Hawking intentó demostrar que los viajes a través del tiempo iban en contra de las leyes de la naturaleza. Formuló su Conjetura de la Protección Cronológica. Pero tras años de duro trabajo tuvo que abandonar y admitir que los viajes en el tiempo son posibles aunque, en su opinión, poco prácticos.

Un estudio en profundidad de las fórmulas de la Relatividad General de Einstein revela que con grandes cantidades de energía es posible abrir un agujero en el espacio-tiempo. Esto podría tal vez conectar el presente con el futuro. Todo aquel con valentía suficiente para saltar dentro del agujero de gusano aparecería al otro extremo del mismo, situándose en un momento temporalmente anterior al de su salto.

Pero existen poderosos obstáculos que impiden la construcción de una máquina del tiempo o la apertura de un agujero de gusano. En el sentido más literal de la palabra: se precisan cantidades astronómicas de energía. En 1963 el físico Roy Kerr demostró que la singularidad de un agujero negro rotante no forma un punto, sino una espiral. Si una persona cayese dentro de ese agujero no moriría aplastada, sino que aterrizaría en un universo paralelo; eso sí, sin posibilidad de retorno. Desde entonces los astrónomos han descubierto cientos de agujeros negros rotantes.

En 1988 el físico Kip Thorne encontró una solución a las ecuaciones de Einstein que podría hacer “atravesables” los agujeros de gusano. Según sus resultados podrían existir agujeros de gusano que permitirían pasar libremente de un lado a otro. Un viaje a través de uno de estos agujeros podría convertirse en algo tan sencillo como un vuelo en avión. Pero para abrir uno de estos portales se necesita una cantidad de energía equivalente a la masa de un agujero negro estelar. Es más, para mantener el agujero abierto y estable, se necesita energía negativa -un fenómeno exótico. Todo esto no ha impedido que los físicos hayan propuesto varios diseños de máquinas del tiempo. Mi diseño preferido incluye una batería de aceleradores de partículas, cada uno con una longitud de unos 10 años luz y capacidad para acelerar partículas hasta alcanzar una energía de 200.000 millones de electronvoltios por metro. Estarían configurados en forma de bola/esfera y todos los cañones mirando hacia dentro. Los aceleradores enviarían su chorro de partículas al interior de la esfera, hasta que en ese punto se llegase a la llamada energía de Planck: 10²⁸ electronvoltios.

De esta manera El espacio y el tiempo se volverían inestables y deberían abrirse los agujeros de gusano.

¿Cuáles de estas ideas son totalmente inviables?

Los fenómenos imposibles clasificados dentro de la categoría III son mucho más problemáticos que los que hemos visto hasta el momento. Lo que les pasa es simplemente que violan las leyes naturales. Sólo hay dos posibilidades: o son realmente imposibles o tenemos que descubrir nuevas leyes de la naturaleza. Sólo he encontrado dos “imposibles” de clase III: la precognición, es decir, la capacidad de ver el futuro con antelación; y los Perpetuum Mobile o móviles perpetuos, unas máquinas que efectúan eternamente el mismo movimiento sin recibir ningún tipo de suministro de energía externo. Predecir el futuro es algo muy problemático porque haciéndolo se vulnera el tan fundamental orden de causa-efecto. La precognición está estrechamente relacionada con los viajes en el tiempo. Los físicos han desarrollado ingeniosos mecanismos para que los viajes en el tiempo no atenten contra el principio de la causalidad. De existir realmente la precognición, supondría el colapso de los fundamentos de la física.

A partir del siglo VIII los Perpetuum Mobile fueron objeto de una larga lista de fraudes/engaños. Su mecanismo suele ser muy sencillo, como una rueda que gira o una cadena que da vueltas. El que los inventa siempre afirma que pueden producir una cantidad ilimitada y gratuita de energía. De todas maneras, nos surge la pregunta: ¿Por qué no funcionan los móviles perpetuos? ¿Por qué existen las leyes de conservación de la materia y de la energía? Si conociésemos la respuesta, tal vez seríamos capaces de encontrar un camino para esquivar la ley. Si analizamos la luz de las galaxias que se encuentran a miles de millones de años luz de distancia, nos encontraremos con las mismas líneas espectrales del hidrógeno que encontramos en nuestros laboratorios. En otras palabras: las leyes de la astrofísica son las mismas desde hace miles de millones de años, remontándose hasta el Big Bang. La cantidad de energía presente en el universo ha permanecido invariable desde el principio.

Aquí podemos apreciar la diferencia entre los “imposibles” de tipo III y el resto. Rotundamente, los de tipo I y II son compatibles con las dos teorías que dominan la física moderna: la mecánica cuántica y la relatividad general. Ambas teorías consideran que las leyes fundamentales perdurarán siempre –conservando la materia y la energía. ¿O es posible que sólo tengamos un conocimiento parcial de las leyes fundamentales que rigen la física? Tal vez. Al fin y al cabo partimos de la base de que la relatividad se deshizo en el interior de un agujero negro en el momento de producirse el Big Bang. Y la teoría cuántica no es capaz de explicar la gravitación. Así que cuando nos preguntemos qué nos traerá el futuro, no deberíamos perder de vista los fenómenos imposibles de los tipos I y II. Lo que hoy es aún impensable, puede ser una realidad dentro de un par de siglos. Pero en algún sitio hay que poner el límite, y este viene determinado por las leyes de la naturaleza. Con ellas no se debe jugar. De hecho son las mejores guías que podemos tener en nuestro camino hacia el futuro.

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Agradecimiento a la revista Planeta Fascinante por proporcionar el material para este artículo. El articulo completo aparece en el ejemplar de agosto de la revista Planeta Fascinante, paginas 46-52.

Vía: Ciencia Kanija