Viaje en el tiempo sin arrepentimientos

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CTC: El día de la marmotaEl viaje en el tiempo no está descartado por la relatividad general, pero podría crear problemas para las leyes del sentido común. En el ejemplar del 28 de enero de la revista Physical Review Letters, un equipo propone una nueva forma de decidir la posibilidad o imposibilidad de que estados cuánticos viajen adelante y atrás en el tiempo. El nuevo criterio descarta automáticamente versiones cuánticas de la “paradoja del abuelo”, en la cual una persona viaja atrás en el tiempo y mata a su antepasado, asegurando, por tanto, su propia muerte. El equipo también realizó un experimento que ilustra el mecanismo de anulación de paradojas.

La relatividad general, la teoría de Einstein sobre el espacio y el tiempo, permite la existencia de curvas temporales cerradas (CTCs) – caminos que van adelante en el tiempo, luego hacia atrás para reconectarse y formar bucles cerrados. Aunque no está claro si pueden crearse los CTCs, los físicos, no obstante, han explorado sus posibles consecuencias, incluyendo su influencia en la mecánica cuántica.

Un evento cuántico corriente podría implicar a dos partículas moviéndose hacia adelante en el tiempo, cambiando entre sí al interactuar en algún momento, y tomando luego caminos separados en el futuro. Sin embargo, si una de las partículas salientes entra en un CTC, puede duplicarse y convertirse en una de las partículas entrantes – influyendo de este modo en su propia transformación. En 1991, el físico de la Universidad de Oxford, David Deutsch, propuso una condición de consistencia que evitaba las paradojas en el viaje en el tiempo: una partícula que entra en un bucle temporal de este modo, debería estar en el mismo estado cuántico cuando reaparece en el pasado inmediato de la interacción, a como era cuando tuvo la interacción hacia el futuro inmediato1.

Para ver cómo funciona esta condición, imagina una partícula cuántica que tiene estados etiquetados como 0 y 1. Viaja alrededor de un CTC y, en su retorno, interactúa con una partícula “externa” de tal forma que 0 se convierte en 1 y 1 en 0. Tal partícula presenta una paradoja del abuelo cuántica: cuando vuelve hacia atrás en el bucle, se cambia a sí misma al estado opuesto. Sin embargo, Deutsch demostró que es posible la consistencia si las partículas están en una superposición – un estado que es 0 y 1 a partes iguales. La interacción intercambia el 0 y el 1, pero el estado general permanece sin cambios. Para que esto funcione, la partícula externa debe estar también en un estado de superposición que cambia adelante y atrás.

La paradoja se evita, pero surge una dificultad si se mide la partícula externa. Entonces no pueden permanecer en una superposición, sino que debe convertirse definitivamente en 0 ó 1 – lo cual significa que la partícula del CTC no puede seguir tampoco en superposición. Para conservar la consistencia Deutsch defendía que la partícula del CTC debe existir en dos universos paralelos – el “universo 1” y el “universo 0” – y cambiar continuamente entre ellos, de forma que no tenga lugar contradicción entre ninguno de ellos.

Lorenzo Maccone, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Universidad de Pavia en Italia, y sus colegas proponen una condición más restrictiva que evita estas dificultades. Requieren que cualquier medida que se haga en la partícula que va al futuro, debería arrojar el mismo resultado que cuando se mide en su viaje desde el pasado. Por lo que cualquier estado que alterase el pasado cuando está por allí de nuevo queda prohibido, y no pueden surgir paradojas del tipo del abuelo.

Tal vez, sorprendentemente, “aún podemos tener CTCs incluso con esta fuerte condición”, dice Maccone. Sólo afirma que las paradojas evitadas después de la interacción pueden existir de antemano, por lo que el equipo llama a su condición “post-selección”.

Para demostrar estas ideas, el equipo realizó un experimento con fotones, demostrando que la condición de consistencia, efectivamente, selecciona estados específicos y destruye el resto. Careciendo de un CTC real para realizar la post-selección, el equipo creó fotones en un estado cuántico específico para la entrada, un estado donde no se conocía la polarización o era medida pero tenía una correlación con otra propiedad, asociada con el camino del fotón. Cuando el fotón pasaba a través del experimento, sufría cambios que imitaban el intercambio 0-1 que ocurría en el viaje temporal imaginario. El equipo encontró que sólo aquellos fotones que no llevasen a paradojas pasarían indemnes. Aunque el resultado está en línea con lo que se esperaba nadie ha simulado el viaje en el tiempo anteriormente de esta forma.

Una extraña consecuencia de la post-selección es que, debido a que la presencia de un CTC anula completamente los estados paradójicos, puede evitar algunos estados que parecen hoy inocuos pero tienen posteriormente consecuencias inaceptables.. “En principio, se podría detectar la futura existencia de máquinas del tiempo buscando desviaciones de las predicciones de la mecánica cuántica”, dice Todd Brun de la Universidad de California del Sur en Los Angeles. Aunque, añade, es difícil saber de antemano, qué medir.


Referencias:
1.- D. Deutsch, “Quantum Mechanics near Closed Timelike Lines,” Phys. Rev. D 44, 3197 (1991).

Autor: David Lindley
Fecha Original: 4 de febrero de 2011
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