Metamateriales estudian cambios en la estructura del espacio-tiempo

Big FlashEn el momento del Big Bang, nuestro universo puede que no tuviese exactamente tres dimensiones de espacio y una de tiempo, de acuerdo con algunos teóricos. En el ejemplar del 6 de agosto de la revista Physical Review Letters, un equipo propone una forma de observar la transición propuesta a nuestro actual universo usando los conocidos como metamateriales, estructuras en las que la propagación de la luz puede controlarse con gran precisión. Los experimentos en tales estructuras, dicen, podrían comprobar las predicciones de que un “gran destello” de radiación acompañaría a cambios en la estructura del espacio-tiempo que pueden haber tenido lugar en los inicios del universo.

A lo largo de la última década, los teóricos han aprendido que elegir las propiedades microscópicas magnéticas y eléctricas de los materiales les permite manipular la luz de formas sorprendentes, potencialmente llevando a dispositivos como lentes perfectas y capas de invisibilidad. Los experimentadores han empezado a confirmar estas ideas usando metamateriales – grandes conjuntos de diminutos cables, anillos y otras estructuras que son pequeñas en comparación con la longitud de onda de la luz.

Los materiales hechos a medida podrían también usarse para explorar las inusuales geometrías del espacio-tiempo, dicen Igor Smolyaninov de la Universidad de Maryland en College Park, y Evgenii Narimanov de la Universidad de Purdue en West Lafayette, Indiana. Normalmente, para una onda de luz que atraviesa un material, conforme se acorta su longitud de onda, su frecuencia aumenta, y esto se aplica de la misma forma en todas direcciones. Pero Smolyaninov y Narimanov describen un metamaterial donde la relación entre frecuencia y variaciones espaciales de los campos electromagnéticos es altamente anisotrópica. Para algunas configuraciones de los campos, se podría incrementar la longitud de onda efectiva en una dirección específica, y aún así la frecuencia general disminuiría.

El equipo demuestra que esta relación, conocida como hiperbólica, entre las variaciones espacial y temporal de las ondas electromagnéticas, es exactamente lo que se tendría en un espacio-tiempo de dos dimensiones temporales y dos espaciales. Una propiedad de esta geometría es que, para una frecuencia dada, hay un número infinito de configuraciones de campo electromagnético, o modos, mientras que en el espacio-tiempo normal podría haber muchos modos, pero no infinitos.

Smolyaninov admite que el comportamiento creado no permitiría cosas extrañas como máquinas del tiempo – una posibilidad teórica con dos dimensiones temporales – debido a que sólo sucede en un rango limitado de frecuencias y se interrumpe con pérdidas de energía que no se permiten en la teoría. Pero manipular el material puede aún permitir a los experimentadores observar lo que sucede cuando la geometría del espacio-tiempo cambia drásticamente. Por ejemplo, si las muchas dimensiones extra predichas por la Teoría de Cuerdas de pronto se “enrollasen” en el universo, dejando sólo tres dimensiones espaciales, algunos teóricos predicen que se habría producido un “gran destello” de radiación, algo similar al Big Bang. El destello habría tenido lugar debido a que cualquier energía en la infinidad de modos del espacio-tiempo de más dimensiones se liberaría súbitamente.

Smolyaninov y Narimanov proponen construir una estructura que incluye láminas de finos cables de galio, el cual se hace más conductor cuando se fundo justo por encima de la temperatura ambiente. Calculan que la fusión cambiará el metamaterial de normal a hiperbólico, por lo que los experimentadores podría buscar el gran destello cuando se enfría. “Con los metamateriales, puedes modelar esta transición de forma experimental”, señala Smolyaninov.

Ulf Leonhardt, de la Universidad de St. Andrews en Escocia dice que los modelos de laboratorio pueden ser muy informativos para fenómenos donde la gente no tiene experiencias directas y por tanto hay una intuición limitada. “Si estos sistemas pueden crearse en el laboratorio, y si muestran este efecto, entonces puede zanjarse la controversia”. El sistema propuesto “suena interesante y práctico”, dice. “La clave está en los detalles”.


Autor: Don Monroe
Fecha Original: 6 de agosto de 2010
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Comment (1)

  1. [...] hemos hablado antes del primer agujero negro usando un metamaterial y vimos que podría ser posible recrear el Big Bang e incluso multiversos [...]

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