La física hoy en los viajes temporales.
Viajes a través del
espacio y el tiempo.
Pero lo que realmente quiero saber es… ¿quién
ha estado jugando con las estrellas? Están todas en sitios equivocados para
esta zona horaria, de cualquier manera. Sé que no viajé en el tiempo para
llegar aquí. Puedo SENTIR el viaje en el tiempo. Si no lo supiera bien, diría
que he viajado 7,000 años en el futuro. Pero lo sé bien. Así que, ¿quién ha
movido las estrellas?
Dr. Who, episodio 11, temporada 9.
El 28 de junio de 2009, al mediodía, el
profesor de la Universidad de Cambridge, Stephen Hawking, dio por iniciada la
fiesta para los viajeros del tiempo. Al cabo de un rato, decidió terminar la
fiesta y, posteriormente, enviar las invitaciones, que decían: “Está cordialmente
invitado a un evento para Viajeros de Tiempo. Anfitrión: Profesor Stephen
Hawking. Se llevará a cabo en la Universidad de Cambridge, Colegio Gonville y
Caius, Calle Trinity, Cambridge. Lugar: 52° 12’ 21’’ N, 0° 7’ 4.7’’ E. Hora:
12:00 UT 06/28/2009. No es necesario confirmar.” Nadie se presentó [1]. Para
Hawking y otros, es una confirmación de que no existen ni los viajeros ni las
máquinas del tiempo que viajen al pasado. Algunos más han mencionado que tal
vez sí asistieron pero, para no afectar los eventos históricos, decidieron no
entrar y mirarlo desde una prudente distancia, sonriendo. Entre los primeros
podemos contar a Arthur C. Clarke, quien menciona: “El argumento más
convincente contra los viajes temporales es la notable escasez de viajeros del
tiempo.” [2] Entre los segundos, al filósofo Roy Sorensen, quien rebate:
“Claramente, el viajero del tiempo no puede persuadir a una persona razonable
al decirle <Soy un viajero del tiempo>.” [3]
Desde la formulación de la Teoría de la
Relatividad de Albert Einstein [4], en 1905, se sabe que el tiempo y el espacio
están unidos de una manera mucho más íntima que la esperada por la física de
Newton. En palabras de Carl Sagan: “El espacio y el tiempo están conectados.
Podemos viajar rápido en el espacio únicamente viajando rápido en el futuro.
Pero, ¿y el pasado?, ¿podemos viajar hacia el pasado y cambiarlo?”, se pregunta
Sagan [5].
Han pasado más de 100 años desde el nacimiento
de la Relatividad de Einstein y, aunque tenemos algunas pistas, realmente no tenemos
una respuesta clara al respecto. Como menciona el Profesor Gary T. Horowitz, de
la Universidad de California en Santa Bárbara, ante la pregunta de si es
posible a un humano viajar a través del tiempo: “No ha sido descartado por
nuestras actuales leyes naturales. Investigaciones recientes han dado cierta
evidencia de que la respuesta es no, pero aún no ha sido demostrado que sea
imposible.” [6]
El primer trabajo científico que habló de la
posibilidad de viajes en el tiempo fue realizado por el filósofo y matemático
Kurt Gödel en 1949, amigo cercano de Einstein, quien presentó un modelo de
universo, dentro de la Teoría de Relatividad General, para celebrar los 70 años
de vida de su amigo [7]. El modelo presentaba dos características extrañas:
giraba sobre sí mismo y el tiempo era cíclico. El comportamiento del tiempo en
el modelo de Gödel es similar a la noción de tiempo de antiguas civilizaciones como
los Mayas, donde el tiempo se repite, similar a la visión de los Mapuche en
Argentina, quienes dicen que el pasado está enfrente y el futuro a sus
espaldas.
Aunque la comunidad científica descartó el
modelo de Gödel como un modelo viable de nuestro Universo, ese trabajo fue
importante para mostrar que, dentro de la física de la teoría de Einstein, era
posible encontrar escenarios donde pudiese haber una forma de viajar al pasado.
En 1974, 25 años después del trabajo de Gödel,
Frank Tipler muestra que el trabajo de W. J. van Stockum de 1938 [8], es un
cilindro material infinito que gira tan rápido que puede deformar al tiempo en
su alrededor próximo. Tipler especula que si el cilindro fuera finito, también
conservaría las propiedades de deformación del tiempo y que, de esta manera,
sería posible construir una máquina del tiempo [9]. Con dicho cilindro, sólo
necesitaríamos de una nave que se acerque a él y dirigirla alrededor del
cilindro de forma adecuada para viajar al pasado. Debido a la incertidumbre sobre
la posibilidad de construir una máquina del tiempo como la propuesta por
Tipler, se quedó como una bonita especulación teórica.
La siguiente propuesta teórica para viajar en
el tiempo surgió en diciembre de 1986, cuando Kip Thorne (Premio Nobel de
Física en 2017), junto a su estudiante Mike Morris, se dieron cuenta de que
podían utilizar agujeros de gusano, la especialidad de Morris, para viajar al
pasado. Thorne comenta que Carl Sagan fue quien lo encaminó al estudio de los
agujeros de gusano cuando éste le llamó por teléfono para pedirle ayuda y dotar
a su nueva novela de respaldo científico [10]. Fue dos años después, en 1988, que
finalmente presentan su trabajo (junto a Ulvi Yurtsever) sobre agujeros de
gusano como máquinas del tiempo. En la introducción, los autores se preguntan:
“¿Qué restricciones imponen las leyes de la física sobre las actividades de una
civilización arbitrariamente avanzada?” [11]. En particular, se preguntan por
la posibilidad de construir y mantener agujeros de gusano para viajes
interestelares.
A partir del trabajo de Morris, Thorne y
Yurtsever, los agujeros de gusano han sido la apuesta más seria y más explotada
para construir, de manera teórica, máquinas del tiempo que permitan viajar al
humano hacia el pasado. Sin embargo, cabe preguntarse, aunque existan estos
modelos, ¿existen condiciones que impidan su realización en el mundo real?
La pregunta obedece a la paradoja más famosa
sobre los viajes temporales: la paradoja del abuelo, que se encuentra formulada
por un chico de 17 años en una carta que le manda al editor de la revista de
ciencia ficción Astounding Stories en 1931: “Supongamos una persona que
tiene un fuerte resentimiento contra su abuelo, quien ya ha muerto para ese
momento. Podría saltar a su máquina y regresar al año en que su abuelo era
joven y matarlo. Y si lo hiciera, ¿cómo habría nacido el vengador?” [12] Esta
paradoja, cuyo joven de 17 años fue capaz de pensar, plantea varios problemas
en el escenario de la física: problemas de causalidad, de conservación de la
materia y, por ende, de conservación de la energía, de la estructura
dimensional del espacio-tiempo y, como se descubrió también, de la necesidad de
existir materia exótica o de energía negativa.
Para evitar esa y otras paradojas temporales,
distintos autores han dado algunas propuestas.
La primera fue hecha en 1980 por el astrofísico ruso Igor Dmitriyevich
Novikov en una serie de libros y artículos donde enuncia el llamado Principio
de Auto-consistencia el cual dice que, si acaso existieran los viajes al
pasado, están prohibidas las historias (o viajes) donde se pueda asesinar a una
versión joven de uno mismo, es decir, cambiar su pasado [13]. Posteriormente,
en 1996, Novikov y sus colegas probaron que el Principio de Auto-consistencia
se cumple siempre en sistemas físicos clásicos relativistas (es decir, sin
mecánica cuántica involucrada) [14].
La otra viene de Hawking quien, en alguna
ocasión dijo: “Lamento decepcionar a las personas como Kip que quieren regresar
al pasado, ¡pero no puede hacerse con densidad de energía positiva en todas
partes! Puedo demostrar que, para construir una máquina del tiempo finita,
necesitas energía negativa.” [15] Lo cual hizo en un artículo de 1992 donde
presenta la llamada Conjetura de Protección Cronológica: “Las leyes de
la física no permiten la aparición de curvas cerradas tipo tiempo” [16], lo que
es lo mismo a decir a que la naturaleza no permite la existencia de máquinas
del tiempo que viajen al pasado. ¿Hawking tendrá razón?
Afortunadamente la naturaleza ya nos ha
sorprendido con el mundo microscópico de las partículas subatómicas y de alta
energía que resulta tener su propia magia y sus propias reglas. Cuando los
anteriores (Thorne, Novikov, Hawking, entre otros) se han cuestionado los
viajes en el tiempo para el mundo cuántico, ninguno ha podido dar una respuesta
clara al respecto. A la cuántica le gusta eludir las respuestas deterministas.
Desde 1964, con la observación sobre la
descomposición de una partícula llamada Kaón, se tenía evidencia indirecta de
que la física en el tiempo es diferente para este mundo. Los procesos que
serían reversibles en el mundo clásico, no lo son en el mundo cuántico. En este
mundo, si las partículas pudieran viajar al pasado, generarían un mundo
diferente del que vinieron. Además del mundo cuántico existe el mundo
estadístico, aquel compuesto de muchos pequeños elementos que en su conjunto
dan un comportamiento macroscópico. En este mundo existe lo que el astrofísico
Arthur Eddington llamó “la flecha del tiempo” en 1927 [17].
Al día de hoy, 40 años después de la creación
de COSMOS, podemos mencionar los logros de la manipulación del tiempo en el
mundo cuántico:
2012 – Se observa de manera directa en el
laboratorio el rompimiento de simetría T. Es decir, se observó que las
partículas, llamadas mesones B, se comportan diferente cuando van hacia
adelante en el tiempo que cuando van hacia atrás. Un muy ingenioso experimento
elaborado por la Colaboración internacional BaBar que, de facto, invirtió la
dirección del tiempo para observar el experimento [18].
Gráficas de los datos obtenidos por la colaboración
internacional BaBar. [18]
2013 – Se empiezan a realizar simulaciones
experimentales de elementos cuánticos, llamados qbits, que tienen curvas
temporales cerradas (maquinas del tiempo) y son un paso hacia la construcción
futura de máquinas cuánticas que tengan mecanismos internos de viajes
temporales cíclicos [19].
2017 – Investigadores empezaron a utilizar
cristales y el proceso de termalización para estudiar mecanismos cuánticos que
desafían la flecha del tiempo [20].
2019 – Se observa el flujo de calor de una fuente
fría a una caliente a nivel cuántico. En el mundo clásico siempre pasa al
revés. Lo anterior significa haber logrado invertir, en cierto sentido, la
flecha del tiempo [21].
Además de los anteriores, hay mucho trabajo
realizándose actualmente que tienen que ver con el mundo cuántico y la
inversión del tiempo, tanto a nivel experimental como a nivel teórico y, todo
esto, parece indicar lo que el profesor Horowitz comentaba al inicio de este
trabajo respecto a la evidencia de que un humano no puede viajar al pasado,
aunque parezca que el mundo cuántico sí puede.
El optimismo científico se demuestra con el
proyecto ruso RadioAstron [22] que usó al telescopio espacial Spektr-R y al
terrestre en Pushino, que estuvo tomando datos del universo desde 2011 hasta
2019 intentando, entre otras cosas, detectar agujeros de gusano, es decir, las
más buscadas máquinas del tiempo.
Esperemos que pronto podamos ver
en el periódico las noticias de pasado mañana.
Bibliografía:
(1) Stephen W. Hawking, Kip S. Thorne, Igor Novikov, y Alan Lightman
(2002), El futuro del espaciotiempo, Traductor Javier García Sanz,
Editorial Crítica, España.
(2) Kip Thorne (2018), Agujeros negros y tiempo curvo: El escandaloso legado
de Einstein, Traductor Javier García Sanz, Editorial Crítica, España.
Referencias:
[1] El día en que Stephen Hawking organizó una
fiesta a la que nadie fue. Redacción BBC Mundo, 14 de marzo de 2018 [https://www.bbc.com/mundo/noticias-43400664] Consultado el 31 de mayo de 2020.
[2] Arthur C. Clarke (1972), Profiles of the Future,
Gateway, Segunda Edición, EEUU, pp. 256
[3] Roy A. Sorensen (1987), Time Travel,
Parahistory and Hume, Phylosophy, vol. 62, No. 240, pp. 227-236 [https://www.jstor.org/stable/3750799?seq=1#metadata_info_tab_contents] Consultado el 31 de mayor de 2020.
[4] Albert Einstein (1905), Sobre la electrodinámica
de los cuerpos en movimiento, Traducción de Hernando Quevedo sobre la
versión original en alemán: Zur Elektrodynamik bewegter Körper, de la
revista Annalen der Physik, 17, 891-921.
[5] Carl Sagan (2013), Cosmos, Ballantine
Books, EEUU, p. 222.
[6] According to current physical theory, is it
possible for a human being to travel through time?, Scientific American, 21
de octubre de 1999 [https://www.scientificamerican.com/article/according-to-current-phys/] Consultado el 31 de mayo de 2020.
[7] Kurt Gödel (1949), A Remark About the
Relationship Between Relativity Theory and Idealistic Philosophy, en Paul
Schilpp (ed.) (1970), Albert
Einstein. Philosopher Scientist, MJF Books, EEUU, pp. 557 – 562.
[8] W. J. van Stockum (1938). IX.—The Gravitational
Field of a Distribution of Particles Rotating about an Axis of Symmetry.
Proceedings of the Royal Society of Edinburgh, 57, pp 135-154
doi:10.1017/S0370164600013699
[9] Frank J. Tipler (1974), Rotating cylinders and
the possibility of global causality violation, Phys. Rev. D 9, no.
8, pp. 2203 – 2206 doi:10.1103/PhysRevD.9.2203
[10] Kip Thorne (1995), Black Holes and Time Warps:
Einstein’s Ourtageous Legacy, W. W. Norton and Company, EEUU, p.492
[11] Michael S. Morris, Kip S. Thorne y Ulvi Yurtsever
(1988), Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition, Phys.
Rev. Lett. 61, no. 13, pp. 1446 – 1449 doi:10.1103/PhysRevLett.61.1446
[12] Anónimo (1931), en Paul J. Nahin (1993), Time
Machines: Time Travel in Physics, Metaphysics, and Science Fiction,
American Institute of Physics, EEUU.
[13] John Fredman, Michael S. Morris, Igor D. Novikov,
Fernando Echeverría, Gunnar Klinkhammer, Kip S. Thorne y Ulvi Yurtsever (1990),
Cauchy problem in spacetimes with closed timelike curves, Phys. Rev. D 42,
no. 6, pp. 1915 – 1930 doi:10.1103/PhysRevD.42.1915
[14] A. Carlini, V. P. Frolov, M. B. Mensky, I. D.
Novikov y H. H. Soleng (1995), Time Machines: the Principle of Self-consistency
as a consequence of the Principle of Minimal Action, Int. J. Mod. Phys. D4,
pp. 557 – 580 doi:10.1142/S0218271896000588
[15] Stephen W. Hawking, Kip S. Thorne, Igor Novikov,
y Alan Lightman (2002), The future of Spacetime, W. W. Norton Company, EEUU,
p. 96
[16] S. W. Hawking (1992), Chronology protection
conjecture, Phys. Rev. D
46, no. 2, pp. 603 – 611 doi:10.1103/PhysRevD.46.603
[17] A. S. Eddington (1929) The Nature of the
Physical World, The Macmillan Company, EEUU.
[18] J. P. Lees et al. (The BABAR Collaboration) (2012), Observation of
Time-Reversal Violation in the B0 Meson System, Phys. Rev. Lett. 109,
211801.
[19] Martin Ringbauer et al. (2014), Experimental
simulation of closed timelike curves, Nature Communications 5:4145
doi:10.1038/ncomms5145
[20] Johanna L. Miller (2019), An inexpensive
crystal makes a fine quantum time machine, Physics Today 72, 11, 14 (2019);
doi: 10.1063/PT.3.4335
[21] Kaonan Micadei, et al. (2019), Reversing
the direction of heat flow using quantum correlations, Nature
Communications, 10:2456, doi:10.1038/s41467-019-10333-7.
[22] Katia Moskvitch (2014) Hunting wormholes in a
Soviet-era science city, New Scientist 8 de enero de 2014 [https://www.newscientist.com/article/mg22129512-900-hunting-wormholes-in-a-soviet-era-science-city/] Consultado el 31 de mayo de 2020.
Gustavo Alfredo Arciniega Durán.
Doctor en Física.
Investigador Postdoctoral en la FES Aragón, UNAM.
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