Explicamos una propuesta de simulación de viaje en el tiempo.En uno de estos sitios digitales con que los modernos creen que pueden sustituir la lectura de periódicos, se publicó el 17 de octubre de 2023 un artículo con el siguiente titular "Realizan un viaje atrás en el tiempo usando partículas cuánticas para cambiar el pasado”. Llego a el “gracias” a una de esas amables sugerencias de noticias que se supone que estoy interesado en leer (¡cuanto más interesante sería un algoritmo que seleccionara aquello que se supone que no me va a gustar!). No debería alimentar al monstruo del “clickbait”, pero ¡ay! lo hago y clico. Me entero entonces de que la noticia se hace eco de un artículo científico en el que:
a) lógicamente, no se ha realizado ningún viaje en el tiempo. b) De hecho, no se ha realizado ningún experimento. c) De hecho, los autores califican a su propuesta de experimento de “gedanken”, es decir, uno de esos experimentos mentales que en realidad no se pueden hacer, o no son muy viables. d) Incluso si se llevara a cabo la propuesta de experimento, en ningún caso se estaría realizando un viaje en el tiempo, sino solo una simulación (lo cual ya sabemos que no es lo mismo, desde que nos lo enseñó Meg Ryan). e) La manera en la que se simularía el viaje en el tiempo (mediante teletransporte cuántico) es conocida desde 2005 (¡y hay experimentos realizados desde 2010!). Lo que proponen los autores ahora es una aplicación en el campo de la metrología cuántica. De todo esto, entonces, lo único que me parece interesante es contarles a ustedes, las dos o tres lectoras que todavía clican por aquí, algo que no había explicado hasta ahora: eso de que el teletransporte cuántico puede usarse para simular un viaje hacia atrás en el tiempo. El teletransporte cuántico lo he intentado explicar varias veces, por ejemplo aquí https://cuantoscompletos.weebly.com/blog/no-la-informacion-cuantica-no-viaja-mas-rapido-que-la-luz-ii. Asumiré en adelante que no necesito volver a explicarlo en términos “no técnicos", pero mis lectoras siempre pueden consultar el enlace anterior u otras entradas de este blog. En jerga técnica: supongamos que queremos transmitir el estado de un cúbit A a un cúbit B sin saber cuál es ese estado. Entonces consigo otro cúbit A’ y creo un estado con entrelazamiento cuántico máximo entre A’ y B. Después mido mis dos cubits A y A’ . Tras las medidas, el nuevo estado del cúbit B no es el estado original de A, pero siempre se puede relacionar con el si le mandamos por teléfono el resultado de las medidas a quien tenga el cúbit B. Dependiendo de ese resultado, siempre hay una operación que transforma el cúbit B al estado original del cúbit A, realizando el teletransporte. Ahora bien, como son medidas sobre dos cubits, hay cuatro posibilidades: 00, 01, 10 y 11. En cada uno de esos casos, igualmente probables, hay que hacer una transformación diferente para acabar el teletransporte. Y una cosa curiosa, que es la que nos interesa hoy, es que en uno de los casos, esa operación consiste en no hacer nada. Es decir, el 25% de las veces, el cúbit B ya está en el estado que queremos. Además, resulta que los cúbits A y A’ se quedan, en ese caso, en el estado máximamente entrelazado que originalmente tenían A’ y B. Resumamos y recordemos: al principio teníamos a A en un estado desconocido y a A’-B en un estado máximamente entrelazado, y ahora tenemos a B en ese mismo estado desconocido y a A-A’ en ese mismo estado máximamente entrelazado. Pues bien, a uno de los padres del protocolo de teletransporte cuántico (Charles Bennett) se le ocurrió pensar qué pasaría si en lugar de tener tres cubits como en el párrafo anterior, tuviéramos uno solo al que le da por viajar hacia atrás en el tiempo. Si el cúbit A, en un momento dado vuelve hacia atrás en el tiempo, digamos desde un instante t hasta un instante 0, durante el rato que va desde 0 hasta t tenemos dos copias del cúbit A. Imaginen que el DeLorean de Marty no tiene que moverse del sitio para acelerar hasta 88 millas por hora, sino que la máquina del tiempo se queda en el sitio en el que está. Entonces tendríamos a Marty dentro del DeLorean yendo hacia atrás en el tiempo, mientras hay otro Marty fuera del DeLorean, escapando de los libios, yendo hacia el Delorean etc. Bennett imaginó que el cúbit A’ era el cúbit A yendo hacia atrás en el tiempo (Marty dentro del DeLorean), de manera que las medidas se hacían en algún momento de ese rato entre 0 y t. Por último, imaginemos que cuando el cúbit A’ llega de vuelta al instante t=0, decide hacer algo distinto, y por tanto, ya no entra en el aparato de medida. Es decir, al llegar a t=0, Marty sale del DeLorean y se va corriendo en otra dirección. Por tanto, ahora, entre 0 y t, tenemos tres cubits (y tres Martys): Bennett imaginó que este último sería el cúbit B. ¿Cuál sería el estado final de estos tres cúbits, o sea de estas tres copias del cúbit A creadas por el viaje hacia atrás en el tiempo? Como el cúbit B es como el A en t=0 y después no entra en el aparato de medida, estará en el estado original del cúbit A. Mientras que el A y el A’ sí que entran al aparato de medida antes de t, de manera que acabarán en el estado máximamente entrelazado. O sea, ¡exactamente igual que en el caso del párrafo anterior! Es decir, que si el teletransporte fuera siempre como en el caso en que B no tiene que hacer ninguna operación al final, su resultado sería exactamente igual que el de un viaje hacia atrás en el tiempo. ¡Pero recordemos que eso solo sucede el 25% de las veces que intento hacer teletransporte! Esa es la diferencia con un viaje real en el tiempo: aunque yo fuera capaz de meter el 25% de los tiros que mete Luka Doncic, seguiría sin ser Luka Doncic. Ahora bien, en el campo de la información cuántica es bastante común usar un truco llamado “post-selección”, que consiste en hacer lo mismo que en las discusiones en redes sociales: usar solo los datos que nos convienen y descartar todo lo demás. En este caso, descartamos todas las medidas de A y A’ que no nos dan los resultados que queremos, y nos quedamos solo con los resultados que nos interesan. O sea, como si yo grabara en vídeo todos mis tiros, borrara mi exceso de fallos, e intentará convencer al entrenador de que soy Luka Doncic, enseñándole el vídeo editado. Evidentemente, el truco solo funciona si fingimos ignorar que la mayor parte de lo que ha sucedido en realidad ha sido descartado. Y en eso consiste la simulación de un viaje en el tiempo usando un teletransporte cuántico con post-selección: si miramos solo esa información los resultados serían indistinguibles del viaje en el tiempo descrito más arriba, lo cual puede ser útil dentro del marco de una simulación, pero no conviene olvidar que nos estamos olvidando de la mayor parte de la información. Bennett presentó esta idea en una conferencia en Viena en 2005 (de la que ya tengo la suerte de tener un pdf guardado, ver figura, donde el cúbit 2 es nuestro A, 1 es A’ y 3 es B; se incluye además una operación U que no representa nada en nuestro esquema, ya que sería una posible interacción adicional entre B y A, es decir, un clásico de la ciencia ficción:el viajero en el tiempo intentando cambiar su pasado), y en 2010 se hizo un experimento de teletransporte cuántico con post-selección para simular un viaje hacia atrás en el tiempo y la famosa “paradoja del abuelo” https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.106.040403.
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"Reacción" rápida para el Science Media Center sobre el artículo de Nature publicado el 30/11/22. Originalmente publicado por el SMC, algunos extractos publicados en periódicos.No tenemos una teoría cuántica de la gravedad y hacer experimentos para comprobar las distintas alternativas (como la teoría de cuerdas) es muy difícil, por no decir imposible. De ahí que en los últimos años haya interés en ciertas relaciones teóricas llamadas dualidades, en las que se establece una relación de equivalencia entre teorías cuánticas de la gravedad en determinados modelos de universos, por un lado, y modelos cuánticos sin gravedad, que son bien conocidos y se pueden estudiar en el laboratorio, por otro. En este artículo de Nature los autores usan una de estas relaciones entre un agujero de gusano transitable en un cierto tipo de universo (por un lado) y una red de bits cuánticos (cúbits) por otro.
Los agujeros de gusano son muy apreciados en la ciencia ficción, porque son algo así como atajos en el espacio-tiempo que conectan dos puntos que, de otra manera, estarían muy alejados. No hemos visto ninguno en nuestro universo pero, en principio, la relatividad general permite su existencia. Hay buenos motivos para creer que una teoría cuántica de la gravedad debería descartar su existencia en nuestro universo pero, como decíamos, no tenemos esa teoría. Es importante entender que en este experimento no se ha creado ningún agujero de gusano. Estamos hablando de una analogía. Según el modelo teórico usado por los autores, el teletransporte cuántico de un cúbit en la red de cúbits del laboratorio es equivalente a que un cúbit atravesase un agujero de gusano en un cierto modelo de universo con gravedad, en el sentido de que algunas propiedades del cúbit en el laboratorio se pueden relacionar con las del cúbit del modelo que se simula. En otras palabras, es como si hubiera un diccionario que me traduce lo que le sucede al cúbit real al lenguaje de lo que le ocurriría al cúbit simulado o virtual. El experimento se ha relacionado en el ordenador cuántico de Google, Sicomoro, en el que hace unos años ya se afirmó haber alcanzado la llamada supremacía cuántica, es decir, cálculos imposibles de realizar por un ordenador clásico. En este caso, no se usan todas las posibilidades del ordenador, ya que se usan solo nueve cúbits. Los detalles de la analogía con el agujero de gusano hacen que haya que realizar un gran número de operaciones con los cúbits. En concreto, con nueve cúbits los autores han realizado 164 puertas cuánticas entre parejas de cúbits. Aumentar el número de cúbits aumentaría el número de puertas cuánticas y, como los ordenadores cuánticos actuales todavía tienen unas probabilidades de cometer errores relativamente altas, alcanzaríamos un número de puertas que haría que los resultados ya no fueran fiables. Como siempre que el número de cúbits es tan bajo, el experimento realizado se podría haber simulado también en un ordenador convencional. Sin embargo, los autores introducen técnicas que muestran cómo el experimento se podría extender de manera eficiente a un número más alto de cúbits, de manera que un experimento más allá de las capacidades de un ordenador convencional pudiera realizarse una vez que tengamos ordenadores cuánticos con probabilidades de error más bajas, lo cual se espera en los próximos años. En cualquier caso, este experimento muestra que, incluso con unos pocos cúbits y las probabilidades de error actuales, los ordenadores cuánticos ya pueden hacer cosas interesantes. Importante anuncio de Google, más por su carácter simbólico que por sus aplicaciones prácticas inmediatas. Se atribuye al gran físico de Caltech John Preskill (también célebre por sus apuestas con Hawking y Thorne) la paternidad del concepto de supremacía cuántica (quantum supremacy). Efectivamente, en un artículo de 2012 que se puede leer libremente aquí, Preskill dio en la flor de caracterizar con ese nombre al momento en que un sistema cuántico controlado (como, por ejemplo, un ordenador o simulador cuántico) hiciera alguna tarea que quedara más allá de las capacidades de cualquier sistema no-cuántico (o sea, clásico). En los últimos años, varios grupos de computación cuántica han peleado por ser los primeros en alcanzar este hito. Por supuesto, definir con precisión qué es lo que está fuera del alcance de un sistema clásico no siempre es sencillo, pero parece haber consenso en que esto podría ocurrir para algunos cálculos que podrían ser realizados por máquinas de entre 50 y 100 cubits (como las que ya tienen, por ejemplo, IBM y Google), y cuya solución le requeriría a un ordenador clásico un tiempo excesivamente largo. De hecho, el 23 de octubre de 2019 se publicó en Nature un artículo en el que el grupo de Google liderado por John Martinis afirmaba haber alcanzado la supremacía cuántica con su ordenador de 53 cubits, llamado Sicomoro (Sycamore). En concreto, Sicomoro ha realizado un cálculo en poco más de tres minutos que, según las estimaciones del grupo de Martinis, les llevaría 10.000 años a los mejores supercomputadores clásicos de la actualidad. Sin embargo, inmediatamente IBM contestó informando de que, de acuerdo a sus estimaciones, ellos podrían realizar el mismo cálculo en apenas un par de días con su supercomputador Cumbre (Summit). De ser cierto esto último (el artículo técnico en el que se apoyan las afirmaciones de IBM se puede encontrar en el arXiv, pero todavía no ha sido publicado en una revista y, por tanto, todavía no ha superado un proceso de revisión por pares) la magnitud del hallazgo de Google se rebajaría y quizá, desde el punto de vista técnico, podría haber discusión sobre si es realmente adecuado hablar ya de supremacía cuántica. Sin embargo, en términos prácticos, tres minutos parece ya significativamente mejor que tres días, y además estamos hablando de un prototipo con mucho margen de mejora. La puerta de la supremacía cuántica parece definitivamente abierta. ¿Qué significa esto para las aplicaciones prácticas? Como es lógico, esta era la pregunta que más interesaba a los periodistas que el jueves 23 de octubre llamaron al Instituto de Física Fundamental y tuvieron la mala suerte de que fuera yo el que les cogiera el teléfono y no un auténtico experto. ¿Materiales extraordinarios? ¿Baterías ultraligeras? Todo tipo de bestias fantásticas aparecieron en la conversación. Lo cierto es que alcanzar la supremacia cuántica en sí mismo no nos acerca ni un ápice más a todo eso. Sicomoro, como todos los ordenadores cuánticos disponibles en la actualidad, no es un ordenador universal, sino que se le programa para que realice tareas concretas: el experimento de Nature estaba diseñado para que fuera muy dificil de realizar por un ordenador clásico, pero no sirve para nada más. Para las grandes aplicaciones tecnológicas con impacto directo e inmediato en la sociedad se necesitarán nuevos algoritmos (más o menos desconocidos ahora mismo) que habrán de ejecutarse en máquinas con muchos más cubits, los cuales habrán de cometer menos errores o incorporar mecanismos que los corrijan. Todo ello requerirá mucho tiempo, mucho dinero y mucho talento. La supremacía cuántica abre una puerta, pero lo que hay más allá es un camino que, como es sabido, sólo se hace al andar. Ahora mismo, no hay camino, sino estelas en la mar.
(Publicado originalmente en SciLogs el 23/12/2019. En la foto: Platanus racemosa, conocido como Sicomoro de California o Sicomoro occidental.) Sobre la enésima noticia confusa relacionada con viajes en el tiempoEs probable que a mediados de marzo de este año hayan leído en "las noticias" (o sea, que les haya llegado algo por Whatsapp) algo sobre que un grupo de científicos había conseguido realizar algo así como un viaje en el tiempo gracias al ordenador cuántico de IBM. Las versiones diferían sobre si lo que había viajado era un electrón, el propio ordenador cuántico, o todo a la vez. Seguro que ustedes no se creyeron nada. De hecho, como a estas alturas ya tienen un Máster en Paparruchología y Ciencias de la Posverdad por la Universidad Cuantocompleta, esperaron pacientemente unas cuantas horas hasta que empezaron a brotar los artículos del tipo "No-no-es-eso". De hecho, cuando la cosa llegó a los periódicos de papel (sí, siguen existiendo, al menos en mi universo) ya estábamos en esa fase, afortunadamente.
Cuando vi estas noticias, me costó trabajo creer que se refirieran a un artículo que yo había leído cuando apareció en el arXiv en 2017. Pero sí, el artículo se había publicado finalmente en Scientific Reports, y era esencialmente el mismo. Yo recordaba bien que el artículo iba de una simulación por ordenador (cuántico) de una inversión temporal de un determinado proceso físico. Pero claro, como nos enseñó Meg Ryan, una cosa es simular algo, y otra que algo realmente ocurra, aunque ambas cosas puedan parecerse mucho. Cada vez que mi hijo juega al Fortnite, se simula una masacre, ¡pero la masacre no ocurre realmente! Cada vez que rebobinamos para ver cómo es posible que James Harden haya vuelto a hacer exactamente el mismo tiro sin que el defensor sea capaz de evitarlo, estamos simulando un viaje en el tiempo de James Harden etc. Modestamente, yo participé en un artículo en el 2011 en el que también proponíamos una simulación cuántica de la inversión temporal (no digital, sino analógica) y el experimento se hizo en 2015. Pero entiendo que la combinación de "ordenador cuántico" y "viaje en el tiempo" en una nota de prensa era irresistible. A mí me pasó una vez algo parecido. En los últimos meses de tesis doctoral tuve una idea y se la comenté a mis compañeros. La cosa acabó en un artículo escrito por cuatro estudiantes de doctorado y que terminó publicándose en Physical Review Letters cuando dos de nosotros ya éramos investigadores postdoctorales. La idea era usar las correlaciones del vacío cuántico para conseguir que dos bits cuánticos estuvieran en un estado con entrelazamiento cuántico. Esto ya lo habíamos hecho con correlaciones entre distintos puntos del espacio, pero la novedad era usar ahora correlaciones entre distintos instantes de tiempo, de ahí que habláramos de correlaciones entre el pasado y el futuro. Escribimos una nota de prensa explicando lo que habíamos hecho, y le pedimos consejo a mi director de tesis y líder del grupo de investigación, quien nos dijo: "habéis puesto entrelazamiento del vacío cuántico, y la gente no lo va a entender". Así que lo cambió por "transferir información entre el pasado y el futuro". No entendimos muy bien qué demonios quería decir con eso (si escribo una carta, la guardo en un cajón y la abro mañana, ¿no estoy haciendo exactamente lo mismo?) pero le hicimos caso igualmente. La frase hizo estragos. La gente pensaba que habíamos hecho una máquina del tiempo. Varios periódicos decidieron copiar literalmente la nota de prensa. Otros le añadían titulares sensacionalistas y comparaciones con "Regreso al futuro" . Ninguno nos preguntaba nada, pero nos citaba igualmente, como si realmente hubieran hablado con nosotros. Una web inglesa decía que habíamos transformado qubits en viajeros temporales y hablaba del experimento como de una "Tardis cuántica" (entonces nunca había visto Dr. Who, pero tras vivir en el Reino Unido, donde el capítulo especial de Navidad tiene un carácter institucional similar al discurso de la Reina, he comprendido que es el mayor halago (falso, por supuesto) que mi trabajo ha recibido jamás). Hice una entrevista en la radio que empezaba con "¿podemos decir que han hecho ustedes una máquina del tiempo?" (o algo similar), a lo que yo contestaba, simplemente "no", para que no hubiera ninguna duda. Pero el entrevistador ni se inmutó, y continuó exactamente igual que si hubiera contestado "sí". Tuvimos hasta nuestra propia versión satírica. Una cadena de televisión nacional nos contactó porque querían hablar del asunto en las noticias de la noche. Por supuesto, solo les interesaban los viajes en el tiempo. Pero en esta ocasión mi amigo Borja Peropadre les explicó exactamente en qué consistían nuestros resultados. La cosa ya les interesó menos y la noticia nunca salió. Lo único realmente bueno de todo aquello es que Investigación y Ciencia me dio la oportunidad de explicarlo bien, en este artículo. Y ese fue el comienzo de mi colaboración con la revista, que llega hasta ahora mismo, con este cuaderno de bitácora en que aflijo a mis dos o tres lectoras con mis obsesiones, como los viajes en el tiempo. Por cierto, espero ya que todos hayan visto "Avengers: endgame", porque en mi próxima entrada la destriparé completamente. Sirva esto como primera alerta de "spoilers". (Publicado originalmente en SciLogs el 10/05/19). Simuladores clásicos y cuánticos de una máquina del tiempo Para Diego González Olivares. Dejó escrito el maestro Delibes (en Señora de roja sobre fondo gris, Editorial Destino 1991. En la imagen, el cuadro Mujer de rojo, de Eduardo García Benito, el retrato de Ángeles de Castro en el que se basa el libro) que: "Tal vez las cosas no puedan ser de otra manera, pero resulta difícilmente tolerable. La imposibilidad de poder replantearte el pasado y rectificarlo, es una de las limitaciones más crueles de la condición humana. La vida sería más llevadera si dispusiéramos de una segunda oportunidad."(Si pueden, vayan al teatro a ver cómo dice esto José Sacristán.) Y sí, sin duda es una limitación cruel. Bien sabemos que no hay tal cosa como una segunda oportunidad, y que es muy difícil que un día encontremos un agujero de gusano por el que escaparnos al pasado, pero nos quedan los libros y las películas de viajes en el tiempo... y las simulaciones. Mientras esperamos que en 2020 lo arreglen todo definitivamente Fitz y Simmons, podemos pensar en si es posible simular viajes al pasado en el laboratorio. En un artículo que acaba de ser aceptado en la revista Classical and Quantum Gravity, mi colaborador Gonzalo Martín Vázquez de la Universidad Complutense de Madrid y yo, hemos analizado precisamente esta cuestión (versión de acceso libre en el arXiv aquí). En lugar de considerar una simulación digital (ya sea en un ordenador clásico o en uno cuántico), hemos pensado en una simulación analógica, en la que un sistema físico imite el comportamiento de aquel que queremos simular, que en este caso es radiación electromagnética que viaja al pasado. La idea surge de un artículo previo publicado en la misma revista por Caroline Mallary y Gaurav Khanna de la Universidad de Massachusetts, y Richard Price, veterano profesor de la misma Universidad y del MIT (versión de libre acceso del arXiv aquí). En él imaginaban un espacio tiempo con dos cilindros alargados en los que la velocidad de la luz es distinta, y además uno de los dos cilindros se desplaza a una velocidad muy alta (cercana a la velocidad de la luz en el vacío, o sea, 300 000 kilómetros por segundo) con respecto al otro (ver figura). Además, imaginaron también una nave espacial que se desplazara por los cilindros a una velocidad altísima, prácticamente la mayor permitida, es decir, la velocidad de la luz en cada uno de los dos cilindros. En semejante espacio-tiempo, esa nave espacial podría hacer un recorrido en línea recta por el primer cilindro, desplazarse hacia el segundo cilindro, recorrerlo en dirección contraria y volver al primero, de manera tal que, en las condiciones adecuadas, ¡llegaría antes de haber salido! Mallary, Khanna y Price pusieron un vídeo en YouTube para ilustrar esa "curva cerrada de tipo tiempo" (que es como los físicos llamamos a las máquinas del tiempo en los artículos, para no poner "máquina del tiempo" en el título, lo cual queda un poco loco, como confesó Kip Thorne). Igual que en el caso del agujero de gusano, las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General nos permiten concebir un espacio-tiempo con estas características, pero nos dicen también que su contenido de materia y energía tendría que ser muy "exótico", por lo que probablemente no nos toparemos con algo así en nuestro universo. Es por ello que se me ocurrió intentar reproducirlo en un sistema análogo, basándome en una idea que ya había usado en trabajos previos. El análogo al espacio-tiempo de Mallary, Khanna y Price es un cable superconductor a temperatura ultra-baja, en el que la velocidad de propagación de la luz se puede modular mediante campos magnéticos externos para que imite a la velocidad de propagación de la luz en el espacio-tiempo curvo que queremos simular. En nuestro caso, el cohete que se mueve a velocidades próximas a la de la luz es representado directamente por fotones con frecuencia de microondas, que naturalmente se mueven a la velocidad de la luz. El reto era intentar encontrar cómo debía ser el perfil de los campos magnéticos necesarios para conseguir simular la curva cerrada de tipo tiempo. Lo que nos encontramos nos frustró un poco, pero no nos sorprendió: la forma del campo magnético que necesitábamos queda fuera del alcance de lo que se puede hacer en un experimento. Lo más interesante de esto es que lo que ocurre con este simulador cuántico contrasta con lo que nos podemos encontrar en un simulador no-cuántico (clásico). Por ejemplo, en 2016, investigadores de universidades escocesas y estadounidenses publicaron un experimento en Science Advances con fuentes de dispersión de luz "superlumínicas"(versión del arXiv aquí). No se escandalicen: nada "físico" puede viajar a velocidades más grandes que la de la luz en el vacío, pero hay velocidades que no son "físicas". En el libro de A. P. French en el que aprendí relatividad por primera vez había un ejemplo precioso para esto. Imaginen que apuntan con un láser a la Luna. La Luna está aproximadamente a 384.000 kilómetros de la Tierra. Si giran la mano que sostiene al láser con un ritmo de 1 radian por segundo (recuerden que una vuelta circular son dos veces pi radianes, o sea, más de seis radianes, con lo cual lo que estamos diciendo es que movemos la mano de tal manera que haríamos un círculo completo en más de seis segundos) las fórmulas básicas de física me dicen que la velocidad a la que se desplaza el punto de contacto del laser con la Luna, tal y como usted lo vería, sería igual al ritmo de giro por la distancia, es decir aproximadamente 384.000 kilómetros por segundo, superior a la velocidad de la luz en el vacío. Estén tranquilos: es sólo una imagen, un artefacto óptico, no hay nada físico desplazándose por la luna a velocidades superiores a la de la luz. En el experimento de 2016 de Clerici y colaboradores, usaron un truco parecido para crear imágenes sorprendentes en el laboratorio con una fuente de luz en movimiento y una superficie inclinada. Para determinados ángulos de inclinación la velocidad del punto de contacto de la luz y la superficie puede ser superior a la de la luz. Como es sabido, la capacidad de viajar en el tiempo hacia el pasado está directamente relacionada con la capacidad de moverse a velocidades superiores a la de la luz. En el experimento de Clericii y colaboradores, aparecían y desaparecían pares de imágenes donde esperaríamos ver una sola. Gonzalo se dio cuenta de que podía adaptar esta idea para que las imágenes imitaran el vídeo de Mallary, Khanna y Price (ver figura). Es decir, las imágenes de una fuente de luz incidiendo sobre superficies inclinadas a determinados ángulos se comportan como un cohete viajando en el tiempo hacia el pasado. De nuevo, ¡que nadie se rasgue las vestiduras! Nada ha viajado en el tiempo en realidad, se trata de una mera simulación, con imágenes que no representan el viaje de ningún objeto físico. Lo que nos interesaba resaltar es que esta imitación es posible con un sistema puramente clásico, pero no con el sistema cuántico descrito más arriba. Esto lo relacionamos con la "conjetura de protección de la cronología" del gran Hawking, de la que hablamos aquí. Según Hawking, serían efectos cuánticos los que impedirían construir una máquina del tiempo permitida por las ecuaciones clásicas de Einstein. En sus célebres palabras, es como si hubiera "una agencia de protección de cronología encargada de hacer que el universo sea seguro para los historiadores". Pues bien, nuestros resultados sugieren que esa agencia ¡se encarga incluso de las simulaciones! En efecto, esto se nos hace difícilmente tolerable pero, en fin...todavía nos quedan Fitz y Simmons. (Publicado originalmente en SciLogs el 17/12/2019).
Sobre resultados recientes en simulaciones cuánticas La física teórica puede ser frustrante a veces. Un primer motivo es la mera existencia de leyes físicas. El buen rollo new age posmoderno prescribe que nada es imposible, todos somos genios y el universo conspira para satisfacer nuestros deseos, entre otras sandeces de moda. Sin embargo, la física establece con claridad que hay muchas cosas imposibles: aquellas que violan sus leyes. Si lanzo una pelota hacia abajo no va a ir hacia arriba, y si la lanzo hacia arriba acabará yendo irremisiblemente hacia abajo etc. Aquí he sido testigo de la frustración que a muchos les produce que la información no viaje a velocidades superiores a la de la luz en el vacío. Pero así es. Otro motivo es el hecho de que haya cosas que (¿todavía?) no sabemos explicar. Si lo piensan, el ser humano ha sido capaz de descifrar una cantidad asombrosa de aspectos de la naturaleza, muchos de los cuales escapan a su percepción directa, desde lo infinitesimalmente pequeño hasta las distancias cosmológicas. Es aún más asombroso si piensan en el pobre equipo que traíamos de serie: ojos que sólo son sensibles a una pequeña parte del espectro electromagnético, un cerebro que pierde al ajedrez con una máquina construida por nosotros mismos... Es natural que eso nos lleve a pensar que podremos responder a cualquier pregunta sobre la naturaleza que se nos ocurra y, sin embargo, ese podría no ser el caso. Cada vez necesitamos inversiones más grandes de dinero, tiempo y personas para poder confirmar predicciones que simplemente cierran los edificios teóricos con los que explicamos el cosmos: así ha sido con las espectaculares detecciones del bosón de Higgs en el LHC y las ondas gravitacionales en LIGO. Muchas preguntas clave siguen abiertas (¿qué son la materia oscura y la energía oscura?, ¿hay una teoría cuántica de la gravedad?...) pero podría ser que nunca nos dieran suficiente dinero para responderlas. Como conté en otro lugar, algunos físicos manejamos esta frustración como si fuéramos niños, en el mejor sentido de la expresión. Verán: creo que mi hijo de siete años ya empieza a entender que, digan lo que digan algunos youtubers, no es cierto que no haya nada imposible, que no hay tal cosa como "la fuerza" ni los Jedi. La vida es un poco más complicada que "Star Wars" (aunque algunos adultos con acceso a Internet parecen no haberlo comprendido), pero él sabe que puede pasárselo muy bien con las piezas de su LEGO, construyendo personajes e historias que imitan las de esa realidad imaginaria. Para eso (entre otras muchas cosas) nos sirven también las simulaciones cuánticas: para que sistemas físicos reales imiten propiedades de sistemas que no podemos manejar experimentalmente, o que no sabemos si existen realmente, o incluso, que estamos seguros que no pueden existir, porque violan alguna ley física conocida. Así, por ejemplo, ustedes han visto con qué vehemencia puedo defender que nada viaja más rápido que la luz, y sin embargo, en un artículo que acabo de enviar a publicación junto con colaboradores de la Universidades de Harvard y del País Vasco, explicamos cómo montar el LEGO para imitar ese efecto en un sistema cuántico. También hace poco conté aquí que había publicado un LEGO para simular un agujero de gusano, un objeto fascinante que nunca hemos visto en la naturaleza. Ahora, en un artículo que aparece hoy en la revista Scientific Reports, he tomado un conjunto de piezas que era ya conocido: las necesarias para simular la ecuación de Dirac, una ecuación que fue propuesta por Paul Dirac para describir el movimiento de un electrón en 1928 y que presenta algunos aspectos que no se pueden verificar experimentalmente. Mi artículo muestra como una sencilla modificación de esas piezas permite además simular la ecuación de Dirac cuando el electrón está en presencia de un agujero de gusano. Y es que cada uno maneja sus frustraciones como puede... (Publicado originalmente en SciLogs el 11/01/2017).
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AutorCarlos Sabín. Investigador Ramón y Cajal en el Departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid. Desde 2015 hasta 2022 escribí el blog "Cuantos Completos" en la plataforma SciLogs de la revista "Investigación y Ciencia". Autor de "Verdades y mentiras de la física cuántica" amzn.to/3b4z1MO y "Física cuántica y relativista: más allá de nuestros sentidos" http://shorturl.at/bdLN0 Archivos
February 2024
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