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Daniel Mediavilla

En los últimos días, medios de todo el mundo han contado cómo un grupo de científicos rusos ha logrado revertir el tiempo. Sería un pequeño paso para construir una máquina que tendría un valor incalculable para los nostálgicos, los arrepentidos o los insatisfechos con el pasado, pero la posibilidad de viajar al ayer parece tan alejada como hace diez días.

La mayor parte de las leyes de la física no distinguen entre avanzar hacia el futuro o hacia el pasado. Si se observan los movimientos de rotación del sistema solar, las mismas leyes servirían para explicar esas órbitas reproducidas en reverso. Sin embargo, desde nuestro punto de vista, el tiempo es algo absoluto e inexorable, que funciona en todo el universo de la misma manera. Esta percepción tiene que ver con nuestra comprensión intuitiva de la segunda ley de la termodinámica. Si una copa de vino se nos cae de la mano y se hace trizas, podrá irritarnos, pero no nos hará pensar que hemos perdido la cabeza. Todo lo contrario sucedería si los trozos de esa copa, de forma espontánea, se volviesen a reunir para ser de nuevo un recipiente.

La segunda ley de la termodinámica dice que un sistema aislado o permanece estable o cambia hacia un estado de mayor desorden: las copas rotas no se reconstruyen, un café encima de la mesa se enfría en lugar de calentarse y los muertos no resucitan. Lo normal es que el universo avance hacia el caos y en esa intuición se sustenta nuestra idea de un tiempo absoluto. Sin embargo, esa ley no es inviolable, y reconoce que el proceso inverso, aunque improbable, no es imposible.

Con esa idea en mente, un grupo de investigadores liderado desde el Instituto Moscovita de Física y Tecnología calculó las probabilidades de que un solo electrón violase esta segunda ley de la termodinámica de forma espontánea, retornase a un estado anterior y, de alguna forma, viajase hacia el pasado. Sus resultados indican que si se observasen 10.000 millones de electrones cada segundo durante los 13.700 millones de años de vida del universo, el fenómeno solo sucedería una vez, e incluso en ese caso, la partícula solo viajaría una diez mil millonésima de segundo hacia el pasado.

En otro experimento, los científicos utilizaron un ordenador cuántico de IBM para “enviar un electrón al pasado”. Pero en realidad la operación se parece más a una simulación computacional que a Marty McFly viajando a los años 50 para salvar el matrimonio de su padre. Según explica el investigador del Instituto de Física Teórica (IFT) de Madrid Germán Sierra, “los autores de este trabajo proponen que en mecánica cuántica es posible diseñar un algoritmo que invierte la dirección del tiempo de un estado cuántico particular y lo ilustran empleando el ordenador cuántico de la IBM con 5 qubits”. Para conseguirlo, simulan una operación que cambia el signo de la fase de la función de onda que describe el estado del sistema. En esta operación abstrusa “consiste ir hacia atrás en el tiempo en mecánica cuántica”, señala Sierra.

Incluso en el caso de que lo logrado tuviese alguna relevancia para el viaje en el tiempo, los autores del trabajo, que se publica en la revista Scientific Reports, lograron sus resultados planteando una situación artificial que solo funciona en el estrecho ámbito del experimento. “El problema es que la operación que construyen estos autores es ad hoc, es decir que depende del estado elegido y viola el principio de superposición de estados, que es fundamental en la mecánica cuántica”. “En términos matemáticos, la inversión del tiempo en cuántica es una operación antiunitaria y ellos la realizan mediante una transformación unitaria, algo que solo se puede hacer para un estado particular, pero no para todos los estados del sistema”, añade.

Además de las críticas a las conclusiones poco fundadas que se sacan de los resultados del equipo, algunos investigadores han comentado con extrañeza que se destaque en el mismo titular del artículo científico que se ha realizado con un ordenador concreto de IBM, el primer computador cuántico comercial. “Si estás simulando en tu ordenador un proceso en el que el tiempo es reversible, entonces puedes revertir la dirección del tiempo solo revirtiendo la dirección de tu simulación”, aseveraba el director del Centro de Información Cuántica de la Universidad de Texas en Austin (EE UU) en MIT Technology Review. “Después de un rápido vistazo al artículo, confieso que no entiendo por qué esto se vuelve más profundo si la simulación se lleva a cabo en el ordenador cuántico de IBM”, ironizaba. “El artículo es correcto y sugerente, pero no creo que represente un avance fundamental”, asegura Sierra. “Y tampoco entiendo por qué le pone énfasis en el ordenador de IBM, que para hacer lo que han hecho no hace falta”, remacha el investigador del IFT.

El pasado está más lejos que el futuro

La idea de una máquina del tiempo se hizo popular gracias a la novela titulada así que H. G. Wells publicó en 1895, pero fue Albert Einstein quien a partir de 1905 empezó a ofrecer herramientas intelectuales que permitían especular sobre un viaje en el tiempo en el mundo real. Según la teoría de la relatividad especial, el tiempo se acelera y se ralentiza dependiendo de la velocidad relativa a la que uno se mueve con respecto a cualquier otra cosa. Si una persona parte desde la Tierra en una nave que viaja a la velocidad de la luz, envejecerá mucho más despacio que un amigo que se haya quedado en la Tierra.

El físico alemán entendió que el ahora es local y la idea de un tiempo absoluto, que se había aceptado como norma desde Isaac Newton, se resquebrajó aún más cuando la teoría de la relatividad general mostró que la gravedad hace que el tiempo se curve. Este fenómeno, en su versión más extrema, haría que el tiempo de otro viajero espacial orbitando en la proximidad de un agujero negro pareciese detenerse. Aunque no para él. El explorador tendría la sensación de envejecer al mismo ritmo que siempre, pero cuando regresase a casa podría ver que allí el tiempo había transcurrido mucho más rápido y todos sus seres queridos estarían ya muertos o mucho más envejecidos que él.

Esto, de alguna manera, sería parecido a desplazarse al futuro, aunque la percepción del viajero sería bastante distinta de la de utilizar una máquina para dar saltos en el tiempo. La teoría de Einstein también permite, en principio, viajar al pasado a través del espacio tiempo, circulando por túneles abiertos en ese tejido espaciotemporal, pero muchos dudan de que la posibilidad no sea fruto de algún defecto en la propia teoría. Por el momento, habrá que seguir viviendo con cuidado, porque retroceder en el tiempo para arreglar nuestros desaguisados pretéritos parece un sueño muy lejano.


Por qué no se puede poner una multa de tráfico a un electrón

Explicado de un modo burdo, los físicos tienen dos herramientas para entender cómo funciona el universo. En las grandes escalas, las de las estrellas y los planetas y en general el mundo que percibimos a simple vista, la teoría de la relatividad general funciona a la perfección. La cosa se complica cuando descendemos a las escalas microscópicas. Para entender el extraño comportamiento de partículas como los electrones es necesaria la mecánica cuántica, que explica un mundo con el que no tenemos relación directa y nos resulta muy poco intuitivo.

Una forma de entender la diferencia entre ambos mundos la ofrece Germán Sierra con un chiste. Para que Tráfico nos ponga una multa, es necesario que nos hagan una foto en la que se puede ver dónde estamos y a qué velocidad vamos. Como a nosotros nos aplica la física de Newton, tráfico puede sancionarnos, pero eso no sucede con un electrón. Con ellos, regidos por la mecánica cuántica, hay que elegir entre conocer su velocidad o su posición, algo que haría imposible ponerles una multa de tráfico. El ejemplo muestra las reglas diferentes que afectan a ambos mundos y explica por qué en ocasiones las explicaciones populares sobre la física cuántica, apoyadas en metáforas basadas en el mundo real, pueden ser confusas.

La más famosa de estas metáforas es el experimento mental que planteó Erwin Schrödinger en 1935. En él, se introducía un gato en una caja de acero junto a una pequeña cantidad de material radiactivo. La cantidad era tan pequeña que solo existía un 50% de posibilidades de que durante la hora siguiente uno de los átomos decayese. Si eso sucedía, se activaría un mecanismo que llenaría la caja de ácido cianhídrico y el gato moriría.

De acuerdo con los principios de la mecánica cuántica, durante el tiempo que durase el experimento, el gato estaría vivo y muerto al mismo tiempo, resultado de un fenómeno conocido como superposición. Sin embargo, esa circunstancia cambiaría cuando abriésemos la caja para acabar con la incertidumbre. En ese momento, de vuelta a la realidad de la física clásica, el gato estaría o vivo o muerto. En realidad, el gato hacía las veces de una partícula microscópica a la que aplican normas distintas que al animal. Un gato jamás estará vivo y muerto al mismo tiempo.