Aunque hay muchas variables en la vida, hay una métrica con la que se mide estrictamente nuestra existencia: el tiempo.
Lo consideramos rígido, suave y unidireccional: la flecha del tiempo vuela recta y certera, y todo lo que podemos hacer es ir a donde nos lleva.
Pero ¿qué pasa si el tiempo es un poco más vago de lo que sugiere nuestra experiencia? ¿Y si alberga una naturaleza cuántica oculta?
En un nuevo artículo, un equipo de físicos ha demostrado cómo los relojes ópticos (un tipo de reloj atómico de alta precisión que utiliza frecuencias de luz óptica en lugar de señales de microondas) podrían usarse para demostrar la naturaleza cuántica del tiempo. A su vez, esto podría ayudarnos a comprender toda la misteriosa naturaleza del tiempo mismo.
“Resulta que hay facetas más profundas del tiempo que nadie ha experimentado nunca y que tampoco han sido medidas”, dijo a ScienceAlert el físico Igor Pikovski del Instituto Tecnológico Stevens de Estados Unidos.
“Según la teoría cuántica, puede haber casos en los que el tiempo no simplemente cambia constantemente a un ritmo, sino que hay ‘muchos tiempos en superposición’, es decir, pasa a diferentes ritmos al mismo tiempo.
“Esto significa en la práctica que un solo reloj registraría varias horas diferentes, no sólo una como estamos acostumbrados. Esto nunca se había observado antes, pero demostramos que es algo que los relojes de iones modernos ahora pueden detectar”.
Durante siglos, el tiempo se ha considerado absoluto, tal como lo definió Sir Isaac Newton. Lo describió como una constante universal, una faceta independiente de la realidad objetiva que no podía verse afectada por influencias externas.
Luego apareció Albert Einstein, metiendo disimuladamente la vara de la relatividad en los radios de la bicicleta newtoniana. Sus nuevos marcos físicos demostraron que el tiempo es relativo y puede moverse más rápido o más lento dependiendo del movimiento y la gravedad.
“No existe un tiempo universal, sino sólo lo que llamamos un ‘tiempo propio’: cada observador registra su propio tiempo, que puede variar”, explicó Pikovski.
“Esto es con lo que trabajamos, es decir, que el flujo del tiempo cambia con la velocidad y la posición. La ‘paradoja de los gemelos’ es un ejemplo típico del tiempo relativista según Einstein, donde un gemelo hace un viaje de ida y vuelta en un cohete, y cuando regresa es más joven que su otro gemelo que envejeció más mientras permaneció en la Tierra”.
La dilatación del tiempo es un efecto relativista y, por tanto, bien comprendido.
Lo que aún no se ha probado experimentalmente es cómo podría comportarse el tiempo en un régimen cuántico, en escalas donde la relatividad por sí sola ya no es suficiente para describir cómo se comporta el Universo, y la teoría cuántica entra en juego.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>Sin embargo, incluso en la teoría cuántica el tiempo sigue siendo tratado como un fenómeno clásico que avanza en línea recta en el fondo.
“Uno de los desafíos más importantes de la física moderna es encontrar una teoría cuántica de la gravedad”, explicó Pikovski.
“En tal teoría, esperamos que muchos de los conceptos clásicos como el tiempo y la gravedad sean descritos por algo fundamentalmente cuántico. Así que sabemos que el tiempo tal como lo describimos hoy no puede ser la historia final: algo falta cuando la teoría cuántica entra en escena”.
En su artículo, Pikovski y sus colegas proponen formas en las que se podrían utilizar relojes ópticos ultraprecisos, que funcionan al ritmo de la oscilación de los átomos excitados por láseres, para investigar fenómenos temporales cuánticos.
Estos incluyen la superposición temporal, en la que los tiempos superpuestos pueden existir simultáneamente, y el entrelazamiento, donde el tiempo y el movimiento pueden vincularse para influir mutuamente en el comportamiento.
“Enredo y la superposición son características del comportamiento cuántico”, dijo Pikovski a ScienceAlert.
“Nuestro trabajo muestra que incluso el tiempo mismo podría tener tales características cuánticas, que no es lo que normalmente se supone en la física cuántica”.
En la práctica, esto podría significar que un solo reloj registre más de una vez a la vez, separados por fracciones inimaginablemente pequeñas, del orden de intervalos de decenas de attosegundos que sólo un reloj atómico óptico es lo suficientemente preciso para medir.
Los relojes atómicos ya son lo suficientemente precisos como para medir pequeños efectos de la relatividad, como la dilatación del tiempo; por ejemplo, si levantas un reloj sólo unos centímetros por encima de la altitud de otro, la minúscula diferencia en la gravedad de la Tierra entre los dos es suficiente para crear un efecto de dilatación detectable en los relojes.
Según el trabajo de Pikovski y sus colegas, los relojes ópticos también pueden ser lo suficientemente precisos como para observar efectos cuánticos.
El equipo propone utilizar una técnica cuántica conocida como “exprimir”, que puede amplificar pequeñas fluctuaciones en un sistema. En este caso, podría mejorar el comportamiento cuántico de los átomos dentro del reloj, haciendo más visibles los extraños efectos sobre el tiempo.
Algunos de estos efectos podrían detectarse con la tecnología actual, mientras que otros son todavía demasiado pequeños y frágiles. Sin embargo, vale la pena seguir aquellos que están a nuestro alcance.
Las técnicas propuestas por los investigadores podrían proporcionar la primera evidencia experimental de que el tiempo mismo puede comportarse de manera mecánica cuántica.
Esto daría a los físicos una nueva forma de investigar la intersección de la relatividad y el reino cuántico, así como nuevos conocimientos sobre la naturaleza misma del tiempo.
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“Creo que puede darnos pistas y aportaciones experimentales sobre cómo nuestras nociones cotidianas de la realidad son engañosas. La teoría cuántica no sólo es extraña, sino que también implica una estructura fundamental del universo muy diferente que está en desacuerdo con la experiencia cotidiana”, dijo Pikovski.
“Einstein comentó la famosa frase: ‘¿Está la Luna allí cuando nadie mira?’ Hizo este comentario para resaltar las extrañas predicciones de la mecánica cuántica.
“Si el tiempo mismo hereda estas características cuánticas, es decir, el tiempo puede estar en superposición cuando nadie mira, esto para mí sería una visión fascinante del extraño funcionamiento interno de la naturaleza y daría pistas hacia nuevas fronteras de la física fundamental”.
El artículo ha sido publicado en Physical Review Letters.