Imagen: JoLin. Fuente: PhotoXpress.
Un experimento realizado con un modelo de universo “de juguete” sugiere que el tiempo “es una ilusión” o que la existencia del tiempo depende sólo de la existencia de los relojes.
La física moderna intenta fusionar las leyes de dos “universos”: el macrocoscópico, y el de las partículas atómicas y subatómicas. Actualmente, describe así la realidad a través de dos vías: la mecánica cuántica, que explica lo que sucede a escala microscópica; y la relatividad general, que da cuenta de lo que sucede en el resto del cosmos: a los planetas, a los agujeros negros, etc.
Pero ambas descripciones no terminan de combinar bien. Desde que las ideas de la mecánica cuántica se expandieron, a partir de la primera mitad del siglo XX, parece que son incompatibles.
La cuestión del tiempo
A mediados de la década de los años 60 del siglo pasado, los físicos John Wheeler y Bryce DeWitt parecieron encontrar una solución a este dilema: la llamada ecuación de Wheeler-DeWitt.
Con ella se eludían los problemáticos infinitos que surgían de otras combinaciones de ambas teorías. Pero, aunque la ecuación de Wheeler DeWitt resolvió uno de los problemas fundamentales de la combinatoria entre las dos interpretaciones de la realidad antes mencionadas, hizo emerger un segundo y muy serio problema: expresaba un universo estático, “sin tiempo”, algo que a todas luces no existe.
En 1983, los teóricos Don Page y William Wootters propusieron una solución a este segundo problema basada en el llamado “entrelazamiento cuántico”, esa propiedad subatómica que tan bien describieron en su libro “El cántico de la cuántica” Ortoli y Pharabod: si tienes dos peces (o partículas) en un mismo charco y éstos se unen tan íntimamente que alcanzan un estado “entrelazado”, cuando pases uno de ellos a otra charca, ambos seguirán reaccionando de la misma manera, aunque ya no estén juntos. Así, si el primero es pescado, el segundo saltará igualmente fuera de su charca.
Este extraño comportamiento de las partículas subatómicas entrelazadas –al que Einstein denominó “acción fantasmal a distancia”- provoca que éstas no puedan definirse a partir del entrelazamiento como partículas individuales con estados definidos, sino como un sistema. El entrelazamiento cuántico hace que las partículas pasen a tener una “misma existencia”, a pesar de encontrarse espacialmente separadas.
La física moderna intenta fusionar las leyes de dos “universos”: el macrocoscópico, y el de las partículas atómicas y subatómicas. Actualmente, describe así la realidad a través de dos vías: la mecánica cuántica, que explica lo que sucede a escala microscópica; y la relatividad general, que da cuenta de lo que sucede en el resto del cosmos: a los planetas, a los agujeros negros, etc.
Pero ambas descripciones no terminan de combinar bien. Desde que las ideas de la mecánica cuántica se expandieron, a partir de la primera mitad del siglo XX, parece que son incompatibles.
La cuestión del tiempo
A mediados de la década de los años 60 del siglo pasado, los físicos John Wheeler y Bryce DeWitt parecieron encontrar una solución a este dilema: la llamada ecuación de Wheeler-DeWitt.
Con ella se eludían los problemáticos infinitos que surgían de otras combinaciones de ambas teorías. Pero, aunque la ecuación de Wheeler DeWitt resolvió uno de los problemas fundamentales de la combinatoria entre las dos interpretaciones de la realidad antes mencionadas, hizo emerger un segundo y muy serio problema: expresaba un universo estático, “sin tiempo”, algo que a todas luces no existe.
En 1983, los teóricos Don Page y William Wootters propusieron una solución a este segundo problema basada en el llamado “entrelazamiento cuántico”, esa propiedad subatómica que tan bien describieron en su libro “El cántico de la cuántica” Ortoli y Pharabod: si tienes dos peces (o partículas) en un mismo charco y éstos se unen tan íntimamente que alcanzan un estado “entrelazado”, cuando pases uno de ellos a otra charca, ambos seguirán reaccionando de la misma manera, aunque ya no estén juntos. Así, si el primero es pescado, el segundo saltará igualmente fuera de su charca.
Este extraño comportamiento de las partículas subatómicas entrelazadas –al que Einstein denominó “acción fantasmal a distancia”- provoca que éstas no puedan definirse a partir del entrelazamiento como partículas individuales con estados definidos, sino como un sistema. El entrelazamiento cuántico hace que las partículas pasen a tener una “misma existencia”, a pesar de encontrarse espacialmente separadas.
El entrelazamiento como medida temporal
Page y Wootters demostraron matemáticamente entonces cómo el entrelazamiento cuántico podía usarse para medir el tiempo. Su idea era que la manera en que un par de partículas entrelazadas evoluciona es un “reloj”, una medida del cambio o la evolución de éstas.
La medición a través del entrelazamiento podría hacerse de dos maneras, propusieron. Una: comparando los cambios en dos partículas entrelazadas con un reloj externo, independiente del universo donde esas partículas habitasen (algo así como un “obesrvador-dios” o un "superobservador"). En este caso, las partículas aparecerían completamente inalterables (como si el tiempo, en este escenario, no existiera).
Dos: medir el cambio o la evolución “desde dentro”. Un observador situado dentro del universo de las partículas entrelazadas compararía su evolución con el resto del cosmos. Esa evolución constituiría una importante medida del tiempo.
La comprobación experimental
Por primera vez, un equipo de científicos ha conseguido poner a prueba las teorías matemáticas sobre la medida del tiempo de Page y Wootters en un sistema físico “de juguete”, es decir, compuesto sólo por dos fotones (que son las partículas elementales de la luz), informa Newscientist.
Se hizo de la siguiente forma. Por un lado, los científicos, del Instituto Nacional de Investigación Meteorológica (INRiM) de Turín, en Italia, midieron el sistema de ambos fotones entrelazados desde “fuera” del universo de éstos, como haría un observador externo (el superobservador).
Por otro, usaron uno de los dos fotones entrelazados a modo de “observador” del otro fotón o como “reloj”. Con éste midieron el estado (la polarización u orientación vertical u horizontal) del segundo fotón, mientras ambas partículas atravesaban dos vías independientes y de grosores variables, con los que se afectó a la polarización de los fotones y, por tanto, a su evolución. La medición fue posible porque el estado del primer fotón reflejaba el del segundo, merced al entrelazamiento cuántico.
El resultado fue el siguiente: en el primer caso (medición externa), el sistema observado resultó estacionario. En el segundo caso, en cambio, se registró un comportamiento oscilatorio (del segundo fotón), esto es, una evolución del segundo fotón que resultó una medida del tiempo.
Estas constataciones, aunque evidentemente no dan una respuesta definitiva, nos trasladan una vez más a cuestiones que llevan siglos en la mente de filósofos y de científicos: ¿qué es el tiempo? ¿Existe el tiempo sin un reloj que lo mida? La reflexión humana sobre el tiempo se remonta a Platón y, evidentemente, aún no ha concluido.
Page y Wootters demostraron matemáticamente entonces cómo el entrelazamiento cuántico podía usarse para medir el tiempo. Su idea era que la manera en que un par de partículas entrelazadas evoluciona es un “reloj”, una medida del cambio o la evolución de éstas.
La medición a través del entrelazamiento podría hacerse de dos maneras, propusieron. Una: comparando los cambios en dos partículas entrelazadas con un reloj externo, independiente del universo donde esas partículas habitasen (algo así como un “obesrvador-dios” o un "superobservador"). En este caso, las partículas aparecerían completamente inalterables (como si el tiempo, en este escenario, no existiera).
Dos: medir el cambio o la evolución “desde dentro”. Un observador situado dentro del universo de las partículas entrelazadas compararía su evolución con el resto del cosmos. Esa evolución constituiría una importante medida del tiempo.
La comprobación experimental
Por primera vez, un equipo de científicos ha conseguido poner a prueba las teorías matemáticas sobre la medida del tiempo de Page y Wootters en un sistema físico “de juguete”, es decir, compuesto sólo por dos fotones (que son las partículas elementales de la luz), informa Newscientist.
Se hizo de la siguiente forma. Por un lado, los científicos, del Instituto Nacional de Investigación Meteorológica (INRiM) de Turín, en Italia, midieron el sistema de ambos fotones entrelazados desde “fuera” del universo de éstos, como haría un observador externo (el superobservador).
Por otro, usaron uno de los dos fotones entrelazados a modo de “observador” del otro fotón o como “reloj”. Con éste midieron el estado (la polarización u orientación vertical u horizontal) del segundo fotón, mientras ambas partículas atravesaban dos vías independientes y de grosores variables, con los que se afectó a la polarización de los fotones y, por tanto, a su evolución. La medición fue posible porque el estado del primer fotón reflejaba el del segundo, merced al entrelazamiento cuántico.
El resultado fue el siguiente: en el primer caso (medición externa), el sistema observado resultó estacionario. En el segundo caso, en cambio, se registró un comportamiento oscilatorio (del segundo fotón), esto es, una evolución del segundo fotón que resultó una medida del tiempo.
Estas constataciones, aunque evidentemente no dan una respuesta definitiva, nos trasladan una vez más a cuestiones que llevan siglos en la mente de filósofos y de científicos: ¿qué es el tiempo? ¿Existe el tiempo sin un reloj que lo mida? La reflexión humana sobre el tiempo se remonta a Platón y, evidentemente, aún no ha concluido.
Referencia bibliográfica:
Ekaterina Moreva, Giorgio Brida, Marco Gramegna, Vittorio Giovannetti, Lorenzo Maccone, Marco Genovese. Time from quantum entanglement: an experimental illustration. arXiv:1310.4691 (2013).
Ekaterina Moreva, Giorgio Brida, Marco Gramegna, Vittorio Giovannetti, Lorenzo Maccone, Marco Genovese. Time from quantum entanglement: an experimental illustration. arXiv:1310.4691 (2013).