Viajes en el tiempo al pasado según la física moderna


Muchos de los viajes al pasado usados en argumentos de ficción, asumen que es posible el paso desde un punto del espacio-tiempo sobre una línea de universo a un punto anterior de dicha línea de universo, sin especificar la trayectoria espacio-temporal seguida por el viajero en el tiempo.

El viaje en el tiempo al pasado es una propuesta incierta. Hay muchas soluciones a las ecuaciones de relatividad general de Einstein que le permiten a una persona seguir una línea de tiempo que resultaría en su encuentro en un momento anterior. El problema es decidir si estas soluciones representan situaciones que podrían ocurrir en el universo real, o si son meras rarezas matemáticas incompatibles con la física conocida.

Ningún experimento u observación científica ha indicado que el viaje en el tiempo está ocurriendo en nuestro universo. Los físicos teóricos han trabajado mucho en la última década para tratar de determinar si, en un universo que inicialmente no tiene viaje en el tiempo, se puede construir una máquina del tiempo, o en otras palabras; saber si es posible manipular la materia y la geometría del espacio-tiempo de tal manera que se creen nuevos caminos que circulen en el tiempo.

Examinada desde el punto de vista de un observador concreto, una partícula que viaja al pasado aparentemente desaparece en un instante dado y reaparece en un instante anterior. Pero, tanto la desaparición de la partícula (inicio del viaje hacia el pasado) como la aparición de la partícula en el pasado (llegada al pasado), son violaciones claras del principio de conservación de la energía (si no existen más partículas involucradas).

Además, no está claro si la partícula que desaparece en el futuro y reaparece en el pasado está siguiendo una trayectoria fuera del espacio-tiempo. Un recurso de la ciencia ficción para hablar a un lugar fuera del espacio-tiempo ordinario es el concepto de hiperespacio (si bien no parece existir ningún correlato físico claro de qué podría ser esa clase de hiperespacio).

El caso podría ser diferente si existen más partículas involucradas, algunos teóricos como Richard Feynmann propusieron que una antipartícula podía ser concebida como una partícula ordinaria moviéndose hacia el pasado. Así un fotón muy energético que crea un par electrón-positrón, puede ser concebido como un fotón moviéndose hacia el futuro que «choca» contra un electrón moviéndose hacia el pasado y que es rebotado hacia el futuro.

Desde el punto de vista de un observador, el electrón moviéndose hacia el pasado sería visto como positrón y el electrón rebotado como un electrón ordinario, en un instante dado, el electrón sería visto dos veces, una vez como positrón y otra como electrón. Un proceso de ese tipo no violaría el principio de conservación de la energía, ya que en todo momento la trayectoria estaría contenida en el espacio-tiempo y la partícula nunca desaparecería de manera abrupta.

¿Cómo se puede construir una máquina del tiempo?
La forma más sencilla que se está discutiendo actualmente es tomar un agujero de gusano (un túnel que conecta regiones espacialmente separadas del espacio-tiempo) y darle a una boca del agujero de gusano una velocidad sustancial con respecto a la otra. El agujero de gusano permitiría viajar al pasado.

Fácil decirlo, pero ¿En dónde se obtiene un agujero de gusano? Aunque las propiedades teóricas de los agujeros de gusano se han estudiado ampliamente en la última década, se sabe poco acerca de cómo formar un agujero de gusano macroscópico, lo suficientemente grande como para que un humano o una nave espacial puedan atravesarlo.

Algunas teorías especulativas de la gravedad cuántica nos dicen que el espacio-tiempo tiene unas estructuras complicadas y espumosas de agujeros de gusano en las escalas más pequeñas: 10 ^ -33 centímetros, o mil millones de mil millones de veces más pequeño que un electrón. Algunos físicos creen que puede ser posible agarrar uno de estos agujeros de gusano verdaderamente microscópicos y agrandarlo a un tamaño utilizable, pero en la actualidad estas ideas son hipotéticas.

Incluso si tuviéramos un agujero de gusano, ¿nos permitiría la naturaleza convertirlo en una máquina del tiempo? Stephen Hawking formulo una "conjetura de protección de la cronología", que establece que las leyes de la naturaleza impiden la creación de una máquina del tiempo. En este momento, sin embargo, esto es solo una conjetura, no probada.

Los físicos teóricos han estudiado varios aspectos de la física para determinar si esta ley podría proteger la cronología y prohibir la construcción de una máquina del tiempo. Sin embargo, en todas las búsquedas, solo se ha encontrado un poco de física que podría prohibir el uso de un agujero de gusano para viaje a través del tiempo.

En 1982, Deborah A. Konkowski de la Academia Naval de EE. UU. y William A. Hiscock demostraron que la energía en el estado de vacío de un campo cuantificado sin masa (como el fotón) crecería sin límites a medida que se enciende una máquina del tiempo, evitando efectivamente su uso.

Estudios posteriores realizados por Hawking y Kip S. Thorne de Caltech han demostrado que no está claro si la energía en crecimiento cambiaría la geometría del espacio-tiempo lo suficientemente rápido como para detener el funcionamiento de la máquina del tiempo.

Tsunefumi Tanaka de la Universidad Estatal de Montana y William A. Hiscock, junto con una investigación independiente realizada por David Boulware de la Universidad de Washington, ha demostrado que la energía en el estado de vacío de un campo que tiene masa no crece a niveles ilimitados; Este hallazgo indica que puede haber una forma de diseñar la física de partículas para permitir que funcione una máquina del tiempo.

Quizás la mayor sorpresa del trabajo de la última década es que no es obvio que las leyes de la física prohíban los viajes en el tiempo. Cada vez está más claro que la cuestión no se resolverá hasta que los científicos desarrollen una teoría adecuada de la gravedad cuántica.

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