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» » Un viaje en el tiempo cuántico

El viaje en el tiempo no lo descarta la relatividad general, pero podría crear problemas para las leyes del sentido común. En Physical Review Letters de enero, un equipo propone una nueva forma para decidir la posibilidad o imposibilidad de los estados cuánticos de viajar hacia adelante y hacia atrás en el tiempo.

El nuevo criterio no permite automáticamente las versiones cuánticas de la "paradoja del abuelo", en el que una persona viaja atrás en el tiempo y mata a su antecesor, asegurando así su propia muerte. El equipo también realizó un experimento que ilustra el mecanismo de la paradoja de anulación.

En la relatividad general, la teoría de Einstein de espacio y tiempo permite la existencia de curvas cerradas de espacio-tiempo (CTC), rutas que avanzan adelante en el tiempo y luego retornan formando bucles cerrados. Aunque no está claro si se puede crear un CTC, aun así, los físicos han explorado sus posibles consecuencias, incluyendo su influencia en la mecánica cuántica.

Un evento cuántico normal puede suponer que dos partículas se mueven en el tiempo, y en su interacción se cambien entre sí en algún momento, entonces van por caminos separados en el futuro. Sin embargo, si una partícula en su devenir entra en un CTC, se puede volver hacia atrás y convertirse en una de las partículas de entrada, de esta manera estará influyendo en su propia transformación. En 1991, el físico David Deutsch, de la Universidad de Oxford, propuso una condición de consistencia que evitara las paradojas de los viajes en el tiempo: una partícula que de tal manera revierte de nuevo en el tiempo, debería estar en el mismo estado cuántico que en el pasado inmediato a la interacción, como estaba cuando partió la interacción para el futuro inmediato [1].

Viaja alrededor de un CTC y, a su regreso, interactúa con una partícula "externa" de tal forma que invierte los términos, el 0 se convierte en 1 y el 1 se convierte en 0. Esta partícula presenta una paradoja del abuelo cuántica: cuando recorre todo el ciclo, cambia su antiguo estado en el estado opuesto. Sin embargo, Deutsch demostró que la consistencia es posible si dicha partícula se encuentra en superposición (un estado que es a partes iguales 0 y 1). La interacción intercambia el 0 y el 1, pero la estado general se mantiene sin cambios. Para que esto funcione, la partícula externa también debe estar en una superposición que cambie u ida y venida.

La paradoja se evita, pero surge una dificultad si se mide la partícula externa. En ese momento no puede permanecer en una superposición, sino que debe estar definitivamente en 0 ó en 1, esto significa que la partícula CTC tampoco puede permanecer en una superposición. Para mantener la consistencia, Deutsch argumentaba que la partícula CTC debería existir en dos universos paralelos, el "universo-1" y el "universo-0", y cambiar continuamente entre ellos, así no hay contradicción en ninguno de ellos.

Lorenzo Maccone, del Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Pavía, Italia, y sus colegas, proponen una condición más estricta que evite estas dificultades. Requieren que cualquier medición de una partícula que va hacia el futuro debe producir el mismo resultado que cuando vuelve del pasado. De esta manera, cualquier estado que pueda alterar el pasado, cuando vuelva de nuevo no estará permitido, y se evitará la paradoja del abuelo.

Tal vez, sorprendentemente, "todavía puede haber algún CTC, incluso con esta fuerte condición", señala Maccone. Solamente los estados que evitan las paradojas después de la interacción son capaces de existir de antemano, así que el equipo llamó a su condición "post-selección".

Para demostrar estas ideas, el equipo realizó un experimento con fotones, donde se muestra que la condición de consistencia, de hecho, identifica estados específicos y destruye el resto. A falta de un CTC real que realice la post-selección, el equipo creó unos fotones en un estado cuántico específico para la entrada, un estado donde la polarización no era conocida ni medida, pero tenía una relación con otra propiedad, asociada con la trayectoria del fotón. Tal como el fotón atravesaba el experimento, se hicieron patentes los cambios que remedaban los cambios de 0 a 1 que suceden en una disposición imaginada de viaje en el tiempo. El equipo descubrió que sólo aquellos fotones que no daban lugar a paradojas pasaban incólumes. Aunque el resultado está en consonancia con las expectativas, nadie antes había simulado un viaje en el tiempo de esta manera.

Una peculiar consecuencia de la post-selección es que, debido a la presencia de estados completos paradójicos anulares CTC, puede no permitir algunos estados que hoy parezcan inocuos, pero que tengan consecuencias inaceptables después. "En principio, se podría detectar la existencia futura de máquinas del tiempo ... buscando ahora las posibles desviaciones desde las predicciones de la mecánica cuántica", apuntó Todd Brun, de la Universidad del Sur de California, en Los Ángeles. Aunque, añade, es difícil anticiparse en qué medida.

  • Referencia: Sott.net, 4 de febrero 2011, David Lindley -Physical Review Focus
  • Sobre el autor: David Lindley es escritor independiente en Alexandria, Virginia, y autor de "Uncertainty: Einstein, Heisenberg, Bohr and the Struggle for the Soul of Science" (Doubleday, 2007).
  • Referencia de fuentes: [1]  D. Deutsch, "Quantum Mechanics near Closed Timelike Lines," Phys. Rev. D 44, 3197 (1991).

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Editor del blog Pedro Donaire

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