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Física cuántica de los
Por mucho que el sentido común
descarte excursiones de ese tipo, se
encuentran avaladas por las leyes de la física
David
Deutsch y Michael Lockwood
DAVID DEUTSCH y MICHAEL LOCKWOOD, ambos de la Universidad de Oxford,
sienten el mismo interés por la fundamentación de la física. Deutsch se doctoró
bajo la dirección de Dennis Sciama, continuando su formación con John A.
Wheeler, Bryce de Witt y Roger Penrose. Lockwood enseña en el departamento de
formación permanente.
Nuestra amiga Sonia guarda una máquina del tiempo en su garaje. Anoche
marchó con ella. Se remontó hasta el año 1934, y visitó a su abuelo, que por
entonces andaba rondando a su abuela. Sonia le convenció de que era, o sería,
su nieta contándole secretos de familia que él no le había descubierto aún a
nadie. El hombre se quedó de piedra, pero lo peor vino después, cuando éste
comentó a su pretendida, en la cena, que acababa de conocer a la nieta de
ambos. A ella le pareció que no debía de estar en sus cabales, y le ofendió que
diera por hecha su conquista. No se casaron, y nunca tuvieron la hija que
habría sido la madre de Sonia.
Pero entonces, ¿cómo es posible que Sonia esté ahí sentada, contándonos
su aventura? Si su madre no nació, ¿cómo pudo nacer ella? Lo que en realidad
hay que preguntarse es: cuando Sonia retrocede a 1934, ¿puede abortar el
flirteo de los abuelos o no? Se responda lo que se responda, habrá problemas.
Si Sonia puede impedir su propio nacimiento, se da una contradicción. Si no, su
incapacidad va contra el sentido común, pues ¿qué le obstaría hacer lo que
quisiera? ¿Sufriría una extraña parálisis cada vez que intentase llevar a cabo
ciertos propósitos?
Se suele creer que situaciones de semejante tenor —versión incruenta de
la clásica "paradoja del abuelo", donde éste es asesinado por su
nieto, que ha remontado el tiempo para hacerlo— descartan que pueda haber viajes
por el tiempo. Mas, por sorprendente que parezca, las leyes de la física no
imponen prohibición alguna al respecto.
Otra paradoja bastante extendida es la analizada por Michael Dummett, de
Oxford. Un crítico de arte viene del futuro para visitar a un pintor del siglo
veinte, a quien en la época de aquél se tiene por artista reputado. Pero
observa que la obra realizada hasta estas alturas del XX es mediocre y deduce
que aún están por pintar los inspirados cuadros que impresionarán a las
generaciones venideras. Le enseña un libro donde están reproducidos. El pintor
se las apaña para guardárselo, y el crítico ha de partir sin él. Aquél se
dedica entonces a copiar en lienzo, con la fidelidad más escrupulosa, las
reproducciones. Y así: las reproducciones existen porque han sido sacadas de
los cuadros, y los cuadros existen porque han sido sacados de las
reproducciones. No hay detrás del relato contradicción alguna, pero sí un
profundo error; se nos pide, en efecto, que creamos que puede haber pinturas
sin que alguien se empeñara en crearlas, como si en las artes hubiera
"barra libre".
Estas objeciones han convencido a los físicos, quienes han venido
formulando un principio cronológico que, por fiat, prohíbe los viajes a través
del tiempo. El viaje unidireccional hacia el futuro no plantea problemas de esa
índole. La teoría especial de la relatividad predice que, con aceleración
suficiente, unos astronautas podrían abandonar la Tierra y regresar pasados
unos decenios, sin que hubiesen envejecido más que un año o dos. Hay que
distinguir las predicciones de este tipo, que se limitan a provocar nuestra
perplejidad, de los procesos que violen las leyes físicas o contradigan
principios filosóficos que tengan una justificación autónoma.
¿Por qué los viajes al pasado no contradirían ningún principio de ésos?
Para responder, empecemos por considerar el concepto de tiempo según lo entienden
los físicos. En las teorías especial y general de la relatividad, el espacio
tridimensional y el tiempo se combinan constituyendo un espacio-tiempo
tetradimensional. El espacio consta de puntos espaciales, y el espacio-tiempo,
de puntos espacio-temporales, o sucesos, que representan un lugar concreto en
un instante concreto. Nuestra vida forma en el espacio-tiempo una especie de
"gusano" tetradimensional: la punta de la cola del gusano sería el
suceso de nuestro nacimiento, y la parte frontal de su cabeza, el de nuestra
muerte. Un objeto —nuestro cuerpo—, visto en un instante, es un corte tridimensional
de ese largo, fino y retorcido gusano. La línea que describe un objeto, hecha
abstracción de su bulto, recibe el nombre de línea de mundo (de ese objeto).
En cualquier punto de nuestra línea de mundo, el ángulo que forme con el
eje temporal medirá nuestra velocidad. La línea de mundo de un rayo de luz
tiene una inclinación de 45 grados; un destello de luz que se propague en todas
las direcciones dibujará en el espacio-tiempo un cono, el "cono de
luz". Una diferencia importante entre el espacio y el espacio-tiempo es
que, en éste, no es posible que una línea de mundo zigzaguee, a diferencia de
una línea que se dibuje en una hoja de papel. Nada puede ir más deprisa que la
luz; por ello, la línea de mundo de un objeto no caerá nunca fuera del cono de
luz que emane de cualquier punto de su pasado. A las líneas de mundo que
satisfacen esta condición se las llama de "tipo tiempo". A lo largo
de ellas, el tiempo, tal y como lo mide un reloj, crece en una de las dos
direcciones posibles.
2. ESPACIO Y TIEMPO se combinan y forman una entidad tetradimensional:
el espacio-tiempo. En el gráfico se representan dos dimensiones espaciales y el
tiempo. Una línea de mundo conecta en el espacio-tiempo todos los sucesos de
nuestra vida. Las líneas de mundo de los rayos de luz que emanen de un punto,
en todas las direcciones, describen un cono en el espacio-tiempo, el "cono
de luz". Sea cual sea el objeto, su línea de mundo —la de un ombligo, por
ejemplo— no saldrá nunca de los conos de luz que parten de cualquier punto de
su pasado.
La teoría especial de la relatividad exige que las líneas de mundo de
los objetos físicos sean de tipo tiempo; según las ecuaciones de campo de la
teoría general de la relatividad, los objetos de gran masa (estrellas y agujeros
negros) deforman el espacio-tiempo y doblan las líneas de mundo. Ese es el
origen del fenómeno de la gravitación: la línea de mundo de la Tierra describe
una espiral alrededor de la del Sol, y ésta hace lo propio en torno a la línea
de mundo del centro de la galaxia.
Supongamos que el espacio-tiempo se deforma hasta el extremo de que se
produzcan bucles cerrados. Tales líneas de mundo pueden ser de tipo tiempo a lo
largo de todo su recorrido. Localmente, exhibirían todas las propiedades espacio-temporales
que nos son familiares; y serían pasillos hacia el pasado. Si siguiéramos una
curva de tipo tiempo cerrada (en adelante, CTC) sin separarnos nunca de ella,
nos precipitaríamos sobre nuestros anteriores yoes, y éstos nos sustituirían.
Pero si recorriésemos sólo parte de una CTC, podríamos volver al pasado.
Podríamos estrecharle la mano a nuestro propio yo más joven o, si el bucle
fuese de longitud suficiente, visitar a nuestros antepasados.
Para ello, tendríamos que domeñar CTC naturales o crear otras curvas de
tipo tiempo cerradas deformando y rasgando la fábrica del espacio-tiempo. Una
máquina del tiempo nos daría una ruta al pasado por la que nos desplazaríamos
con una nave espacial, por ejemplo. Pero, a diferencia de lo que acontece con
un camino tridimensional, una CTC, o más bien el tubo de tipo tiempo cerrado
que la rodease, se iría colmando con cada recorrido que se hiciese; y así
cuantos gusanos de línea de mundo se ajustaran a ella, pero ninguno más. Quien
viaje a un suceso concreto se encontrará allí con cualquiera que haya viajado,
o viaje jamás, hasta él.
¿Hay ahora, o habrá alguna vez, CTC en nuestro universo? Lo
ignoramos. Se han esgrimido, sin embargo, varias hipótesis sobre su origen
posible. Kurt Gödel halló una solución de las ecuaciones de Einstein que
describe las CTC. En ella, el universo entero gira; pero, conforme a lo que
hasta ahora se ha observado, el universo real no lo hace. Las CTC aparecen
también en las soluciones de las ecuaciones de Einstein que describen la
geometría generada por un agujero negro en rotación. Pero estas soluciones no
tienen en cuenta la materia que vaya cayendo en él, así que no está muy claro
hasta qué punto son aplicables a un verdadero agujero negro. Además, una
viajera del tiempo quedaría, una vez hubiese llegado al pasado, atrapada en el
interior del agujero, a no ser que su velocidad de giro sobrepasase cierto
valor crítico. Es muy improbable, opinan los astrofísicos, que haya algún
objeto de ese tipo que gire tan deprisa. Puede que una civilización mucho más
avanzada que la nuestra estuviese en condiciones de inyectar materia a los
agujeros negros de forma que su velocidad de rotación aumentara hasta el punto
de que surgiesen CTC seguras, pero muchos dudan de la posibilidad de
semejante hazaña.
John A. Wheeler dio el nombre de agujeros de gusano a una suerte de
atajos a través del espacio-tiempo. Kip S. Thorne ha mostrado el movimiento de
los cabos de un agujero de gusano hasta constituir una CTC. Según recientes
cálculos de J. Richard Gott una cuerda cósmica (otro constructor teórico) que
pase rápidamente por otra generaría estructuras CTC.
Mucho nos falta para descubrir alguna curva de ésas. Pero a lo mejor
una civilización futura las tiene a su alcance y quiere poner en práctica las
paradojas espacio-temporales. Examinemos, pues, éstas más de cerca, para ver
si los viajes a través del tiempo violarían algún principio de la física
clásica o de la cuántica.
La física clásica establece de manera taxativa que Sonia, una vez en el
pasado, tendría que hacer lo que la historia revele que hizo. Algunos objetan
que ello supondría negarle "libre albedrío". Pero este argumento
contra los viajes a través del tiempo carece de fuerza en el dominio de la
física clásica. En efecto, de no haber CTC, la física clásica es determinista;
lo que ocurra en un instante dado queda del todo determinado por lo que ocurrió
en cualquier instante precedente (o por lo que ocurrirá en cualquier instante
futuro). Por tanto, todo lo que hagamos será consecuencia inevitable de lo que
pasara antes incluso de que fuéramos concebidos. Se suele aceptar que el
determinismo es incompatible con el libre albedrío. Por tanto, los viajes por
el tiempo no son para la libertad de decisión libre una amenaza mayor que la
propia física clásica.
El verdadero meollo de la paradoja del abuelo no es la violación del
libre albedrío, sino de cierto principio fundamental, implícito en el
razonamiento científico y en el sentido común: lo llamamos el principio de
autonomía. Dicta que es posible crear en nuestro más cercano entorno cualquier
configuración material que las leyes de la física permitan localmente, ocurra
lo que ocurra en el resto del universo. Cuando nos disponemos a encender una
cerilla, no hemos de preocuparnos en absoluto de que los planetas estén o no
ordenados de una manera incompatible con que la cerilla prendida. La autonomía
es una propiedad lógica, y es muy deseable que las leyes físicas la posean. En
ella descansa toda la ciencia experimental: damos por sentado que podemos
instalar nuestros aparatos de cualquier forma que no esté prohibida por las
leyes físicas; el resto del universo ya se ocupará de sí mismo.
La física clásica dice que no hay más que una historia, así que, por
mucho que quiera hacer algo diferente de lo que la historia dicte, la
coherencia obligará a Sonia a representar el papel que tiene escrito. Puede
que visite a su abuelo, pero a lo mejor, cuando éste se lo cuente a su futura
esposa, ella se quede muy preocupada por la salud de quien le explica algo de
ese jaez; el abuelo se conmoverá al percibir esa inquietud, y se le declarará;
ella aceptará. No es que esto pudiera suceder; es que, en un mundo regido por
la física clásica, tendría que suceder una cosa por el estilo. No sólo no
cambiaría Sonia el pasado, sino que pasaría a formar parte de él.
Pero, ¿y si Sonia se empeña en rebelarse contra la historia? Supongamos
que retrocede en el tiempo en busca de sí misma. Esa Sonia más joven apunta lo
que le dice la Sonia mayor, y cuando, con el paso del tiempo, le toca hacer el
viaje al pasado, se propone decir algo distinto de lo señalado en el guión.
¿Hemos de suponer que se apodera de ella un impulso irresistible que le lleva a
decir, en contra de su voluntad, las mismas palabras? Sonia podría incluso
programar un robot que hablase por ella: ¿habría algo que le forzase a
desobedecer el programa?
Conforme a la física clásica, la respuesta es sí. Algo ha de haber que
impida a Sonia o al robot desviarse de lo que ya ha pasado. No tiene por qué
ser algo espectacular. Basta con cualquier pega corriente: el vehículo se
estropea o el programa contiene alguna pifia. Pero de una forma u otra, según
la física clásica, la coherencia exige que el principio de autonomía falle.
Volvamos ahora a la historia del crítico de arte viajero del tiempo.
Decimos de esa violación del sentido común que es una paradoja de conocimiento
(la paradoja del abuelo es una paradoja de incoherencia). Empleamos aquí la
palabra "conocimiento" en un sentido amplio, conforme al cual una
pintura, un artículo científico, una pieza de maquinaria y un organismo vivo
son formas de conocimiento. Las paradojas de este tipo van contra el principio
de que el conocimiento sólo puede crearse a resultas de procesos de resolución
de problemas, como la evolución biológica o el pensamiento humano. Da la
impresión de que los viajes a través del tiempo dejan que el conocimiento fluya
del futuro al pasado y de éste a aquél, en un bucle que se abastece a sí mismo,
sin que alguien o algo haya tenido jamás que vérselas con los problemas
inherentes a ese conocimiento. En este caso, la objeción filosófica no
estriba en que se trasladen al pasado artefactos portadores de conocimiento,
sino en la "barra libre" que la paradoja supone. El conocimiento que
se necesita para inventar artefactos no deben suministrarlo éstos.
Todo esto, sin embargo, es meramente académico. No nos sirve la física
clásica. En muchas ocasiones es una excelente aproximación de la verdad. Pero
cuando median curvas de tipo tiempo cerradas, ni siquiera se acerca a ella.
De las CTC sabemos ya que, si existen, nos hará falta la mecánica
cuántica para entenderlas. Stephen W. Hawking ha aducido que los efectos
cuánticos, una de dos, o evitarían la formación de CTC o destruirían a
cualquiera que, intentando convertirse en un viajero del tiempo, se acercase
demasiado a ellas. Según los cálculos de Hawking, que emplea una aproximación
en la que se dejan de lado los efectos gravitacionales de los campos cuánticos,
las fluctuaciones de los campos tenderían al infinito cerca de una curva de
tipo tiempo cerrada. No hay más remedio que recurrir a aproximaciones mientras
no descubramos cómo se aplica la mecánica cuántica a la gravedad; pero los
espacio-tiempos que contienen CTC llevan las técnicas actuales más allá de
donde cabe fiarse de ellas. Creemos que los cálculos de Hawking sólo muestran
las deficiencias de esas técnicas. Los efectos mecanocuánticos que describiremos
no sólo no prohíben los viajes a través del tiempo, sino que en realidad los
facilitan.
La interpretación de la mecánica cuántica ofrecida por Everett es objeto
todavía de debate entre los físicos. La mecánica cuántica se suele utilizar
como una herramienta de cálculo que, dada una entrada —informaciones acerca de
un proceso físico—, entrega la probabilidad de cada posible salida. No nos
hace falta casi nunca interpretar las matemáticas que describen ese proceso.
Pero hay dos ramas de la física —la cosmología cuántica y la teoría cuántica de
la computación— donde no basta con eso. Estas ramas tienen por objeto de
estudio el funcionamiento interno del sistema físico abordado. Entre quienes
se dedican a una u otra, la interpretación de Everett prevalece.
Los viajes a través del tiempo harían que fuese posible otro curioso
fenómeno, al que le damos el nombre de "separación asimétrica".
Supongamos que el amigo de Sonia, Esteban, se queda atrás cuando ella se monta
en la máquina del tiempo de alguna de las maneras que hemos descrito. En la
mitad de los universos, Sonia entrará en la máquina para no retornar nunca.
Desde el punto de vista de Esteban, pues, existe la posibilidad de quedar
separado de Sonia. La mitad de las versiones de él la verán partir para no
volver nunca (la otra mitad tendrá la compañía de una segunda Sonia). Pero
desde el punto de vista de Sonia, no hay posibilidad alguna de que se produzca
la separación, pues cada una de sus versiones terminará en un universo donde
habrá una versión de Esteban, a quien tendrá que compartir con otra versión de
sí misma.
La idea de que las paradojas de los viajes a través del tiempo se
resuelven con "universos paralelos", se encontraba ya en la
literatura de ficción y en las reflexiones de algunos filósofos. Aquí no hemos
expuesto tanto una nueva solución como una nueva forma de llegar a una solución
ya conocida, deduciéndola de la física teórica vigente. Todas las
afirmaciones enunciadas sobre el viaje a través del tiempo se siguen del uso
de la mecánica cuántica para calcular el comportamiento de circuitos lógicos
idénticos a los que se emplean en los ordenadores, si no fuera porque en ellos
la información puede circular hacia el pasado por CTC. En estos modelos computacionales,
los viajeros del tiempo son paquetes de información. Se han obtenido
resultados similares por medio de otros modelos.
Estos cálculos nos libran definitivamente de las paradojas de
incoherencia, que se convierten en meras excrecencias de una cosmovisión
clásica y obsoleta. Hemos defendido también que las paradojas de conocimiento
no supondrían tampoco obstáculo alguno para los viajes a través del tiempo.
Mas, para que el argumento no ofrezca el menor punto débil, habría que
traducir los conceptos de conocimiento y creatividad al lenguaje de la física.
Sólo entonces podríamos decir si el principio de "no hay barra libre"
que imponemos —es decir, que la creación de conocimiento requiera procesos de
resolución de problemas— es coherente, en presencia de CTC, con la física
cuántica y el resto de la física.
Nuestra conclusión es que, si los viajes a través del tiempo son imposibles, la razón está aún por descubrir. A lo mejor encontramos o creamos algún día CTC navegables, o a lo mejor no. Pero si la interpretación de los muchos universos, o algo por el estilo, es verdad —y en la cosmología cuántica y en la teoría cuántica de la computación no se conoce otra posibilidad que sea viable—, entonces todas las objeciones aducidas contra los viajes a través del tiempo dependen de modelos falsos de la realidad física. Por tanto, toca a quienes aún quieran rechazar que pueda haber viajes por el tiempo el presentar nuevos argumentos científicos o filosóficos
Investigación y Ciencia mayo, 1994
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