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Estudio demuestra que el tiempo es consecuencia del Entrelazamiento Cuántico‏

untitledEl Tiempo es un fenómeno emergente del Entrelazamiento Cuántico tal y como demuestran los primeros resultados experimentales.

Cuando las nuevas ideas de la mecánica cuántica comenzaron a expandirse en las tendencias de la ciencia durante la primera mitad del siglo 20, comenzaron a aplicarse a los principios de la gravedad y de la teoría general de la relatividad.

Inmediatamente se puso en evidencia de forma clara que los dos enfoques anteriores eran entre sí completamente incompatibles, así que cada vez que se intentaba una aproximación de los principios, las ecuaciones resultantes arrojaban datos de reducción al infinito, algo hasta entonces absurdo, haciendo imposible que los resultados cobraran sentido.

Todo lo anterior hasta que a mediados de los años 60, el físico Bryce DeWitt, consiguiera combinar las hasta entonces incompatibles ideas en resultados clave, que desde entonces se conocerían como la Ecuación de DeWitt, que permitiría entender y permitir los molestos problemas de los infinitos como base en las ulteriores formulaciones. Un enorme avance.

Pero a pesar de solventar un problema, comenzó a introducir otro más complejo. El nuevo problema fue que el tiempo ya no tenía relevancia en la nueva ecuación, en la medida en que se afirmaba que nunca pasa nada en el universo, una predicción que es claramente contraria a la evidencia observaciones. Otro gran absurdo.

Este enigma, que los físicos llaman “el problema del tiempo”, ha demostrado ser la espina de los físicos modernos, que trataron de ignorarlo, pero con poco éxito.

Todo ello hasta que en 1983 los físicos noveles teoréticos Don Page y William Wooters, trajeran la solución basada en el fenómeno del entrelazamiento cuántico, entendido como la propiedad exótica en la cual dos partículas cuánticas comparten la misma existencia incluso a pesar de estar separadas físicamente.

El entrelazamiento es un profundo y poderoso enlace entre las partículas, y Page y Wooters mostraron cómo podía usarse para medir el tiempo, en la medida que la evolución de dos partículas entrelazadas serviría como una especie de reloj que podría ser usado para medir el tiempo.

Pero los resultados dependen del punto de vista del observador, es decir, de cómo la observación es realizada. Una forma de hacer esto es comparar el cambio entre las partículas entrelazadas con un reloj externo que es enteramente dependiente del universo. Esto equivaldría a medir el tiempo desde un observador que fuera como si Dios midiera desde fuera la evolución de las partículas utilizando un reloj externo.

En este caso, Page y Wooters mostraron que las partículas aparecerían completamente descargadas, en cuyo caso el tiempo no existiría en ese escenario.

Pero existe otra forma de hacerlo que muestra un resultado completamente diferente. En este caso sería un observador que desde dentro del universo compararía la evolución de las partículas con el resto del universo. En este caso, el observador interno vería un cambio y esta diferencia en la evolución de las partículas entrelazadas comparada con todo lo demás, constituye una importante medida del tiempo.free-will

Ésta es una elegante y potente idea. Sugiere que el tiempo es un fenómeno emergente que se produce debido a la naturaleza del entrelazamiento. Y existe sólo para los observadores dentro del universo. Cualquier observador como un dios vería desde fuera un universo estático e invariable, al igual que las ecuaciones de Wheeler-DeWitt predicen.

Por supuesto, sin la verificación experimental, las ideas de Page y Wooter no dejarían de ser meras ideas excepto por su curiosidad filosófica y dado que no es posible poner un observador fuera del universo, es altamente improbable comprobar la idea.

Hasta ahora, que Ekaterina Moreva y el Instituto Nacional de Investigación Metrológica (INRIM) en Turín, Italia han desarrollado el primer experimento que comprueba las ideas de Page y Wooters. Y el experimento ha confirmado que el tiempo es de hecho un fenómeno emergente para los observadores internos, pero inexistente para los observadores externos.

untitledPara ello han simulado la creación de un universo de juguete consistente en un par de fotones entrelazados y un observador que pudiera medir su estado de las dos maneras: El observador interno y el externo. En el primer caso, el del observador interno, el observador mide la polarización de un fotón, convirtiéndose así en enredado con él. A continuación, compara esto con la polarización del segundo fotón. La diferencia es una medida del tiempo.

En la segunda configuración, los fotones de nuevo pasan a través de placas birrefringentes que cambian sus polarizaciones. Sin embargo el observador sólo mide las propiedades globales de ambos fotones comparadas con respecto a un reloj externo independiente y el mismo no puede detectar ninguna diferencia entre los fotones sin estar entrelazado con uno o el otro. Por tanto, no existe diferencia y el sistema aparece estático. Por tanto, el tiempo no emerge.

La implicación del descubrimiento es importantísima, ya que la validación del principio implica entender que el tiempo es relativo y se mueve en diferentes líneas, pero que como tal, simplemente es una consecuencia del entrelazamiento cuántico.

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Un telescopio de la ESA cuestiona la física posterior a Einstein

Las observaciones del telescopio de rayos gamma de la ESA, Integral, ponen en duda las bases de la física posterior a Einstein, al demostrar que la granularidad cuántica del espacio tiene una escala mucho menor de lo que se pensaba.

La Teoría de la Relatividad General enunciada por Albert Einstein describe las propiedades de la gravedad y asume que el espacio-tiempo es suave y continuo. Por otra parte, la Mecánica Cuántica sugiere que el espacio presenta una estructura granular en las escalas más pequeñas, como la arena en una playa.

Uno de los principales retos de la física moderna es conciliar estos dos conceptos en una única teoría, conocida como gravedad cuántica.

Los resultados de las observaciones realizadas por el satélite Integral de la ESA imponen unos nuevos límites para el tamaño de estos gránulos cuánticos, demostrando que tienen que ser mucho más pequeños de lo que predecían las hipótesis actuales.

Según los cálculos, la presencia de estos gránulos microscópicos debería alterar la forma en que se propagan los rayos gamma por el espacio, cambiando la dirección en la que oscilan, una propiedad conocida como polarización.

Los rayos gamma de alta energía deberían ‘retorcerse’ más que los de baja energía, y la diferencia en su polarización podría ayudar a estimar el tamaño de los gránulos cuánticos.

Philippe Laurent y su equipo de CEA Saclay han utilizado los datos generados por el instrumento IBIS de Integral para buscar diferencias en la polarización de los rayos gamma de alta y baja energía emitidos durante uno de los destellos de rayos gamma (GRBs) más intensos jamás detectado.

Los GRBs tienen su origen en los fenómenos más violentos del Universo. Se piensa que la mayoría de los GRBs se generan cuando una estrella muy masiva colapsa en una estrella de neutrones, o cuando un agujero negro se alimenta de los restos de una supernova. Estos fenómenos tan energéticos emiten un gran pulso de rayos gamma que dura apenas unos pocos segundos o minutos, pero que llega a brillar más que galaxias enteras.

El GRB 041219A se produjo el 19 de diciembre de 2004, y se catalogó inmediatamente dentro del 1% de los GRBs más intensos jamás detectados. Su brillo fue tan intenso que Integral pudo medir con precisión la polarización de sus rayos gamma.

Laurent y su equipo buscaron diferencias en la polarización de los rayos gamma a distintos niveles energéticos, pero no fueron capaces de detectar nada dentro de los límites de resolución de los datos. 10-35 metros (un milímetro equivale a 10-3 metros).

Los datos adquiridos por Integral, cuya resolución es unas 10 000 veces mejor que la de cualquiera de sus predecesores, sugieren que la granularidad cuántica debe ser del orden de los 10-48 metros, o incluso menor.

“Estos resultados son muy importantes para la física fundamental, y permitirán descartar algunas de las hipótesis de la teoría de cuerdas y de la gravedad cuántica de bucles”, explica Laurent.

Integral realizó una observación similar en el año 2006, al detectar una emisión polarizada procedente de la Nebulosa del Cangrejo, los restos de una supernova que se encuentran a tan sólo 6500 años luz de la Tierra, en nuestra propia galaxia.

Esta segunda observación, sin embargo, aporta menos información, ya que se estima que el GRB 041219A se originó a unos 300 millones de años luz de la Tierra, y el giro debido a los gránulos cuánticos se va acumulando a medida que los rayos viajan por el espacio, hasta alcanzar una magnitud detectable.

Como ninguna de estas dos observaciones ha permitido detectar variaciones en la polarización de los rayos gamma, se piensa que los gránulos cuánticos tienen que ser más pequeños de lo que sugerían las primeras hipótesis.

“La física fundamental puede que sea una de las aplicaciones menos evidentes de los datos de Integral”, explica Christoph Winkler, Científico del Proyecto Integral para la ESA, “pero nos ha permitido dar un gran paso en el estudio de la naturaleza del espacio”.

Fuente: EuropaPress