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Es una de las ideas más populares en la ficción que viaja en el tiempo para alterar el curso de la historia. Sin embargo, la idea de viajar en el tiempo más de lo que lo hacemos todos los días no es solo competencia de los escritores de ciencia ficción. Muchos físicos también han considerado la plausibilidad del viaje en el tiempo, especialmente desde que la teoría de la relatividad especial de Einstein cambió nuestro concepto de lo que realmente es el tiempo.

Sin embargo, como advierten muchas epopeyas de ciencia ficción, tal viaje a través del tiempo podría traer consigo algunas graves consecuencias.

La historia corta de Ray Bradbury, A Sound of Thunder, se centra en un grupo de viajeros en el tiempo que se meten en la prehistoria y hacen cambios que tienen terribles repercusiones en su mundo. En un ejemplo aún más horrible de una paradoja, durante un episodio premiado de la comedia animada de ciencia ficción Futurama, el desventurado héroe de la serie, Fry, viaja al pasado y, en la última paradoja del abuelo, mata a su supuesto abuelo. Luego, después del encuentro con su abuela, Fry se da cuenta de por qué no se ha desvanecido de la realidad, él es su propio abuelo.

Muchos teóricos también han considerado métodos de viaje en el tiempo sin riesgo de paradojas. Técnicas que no requieren la medida bastante extrema de volverse demasiado amigable con la propia abuela Fry. Estos mecanismos de escape de paradojas van desde aspectos matemáticos hasta interpretaciones de rarezas cuánticas.

La máquina del tiempo que no infringe los derechos de autor de ZME. Cualquier parecido con los dispositivos de viaje en el tiempo existentes es pura coincidencia *tos* (Christopher Braun CC por SA 1.0/ Robert Lea)

Antes de mirar esos planes de escape de la paradoja, vale la pena examinar cómo la relatividad especial cambió nuestro pensamiento sobre el tiempo y por qué los físicos teóricos comenzaron a pensar realmente en viajar en el tiempo.

Afortunadamente, en ZME Science, tenemos una máquina del tiempo agradablemente libre de derechos de autor para viajar al pasado. Entremos en esta extraña y antigua cabina telefónica, hagamos un viaje a los años 80 para recoger a Marty y luego viajemos de regreso a 1905, el año en que Albert Einstein publicó Zur Elektrodynamik bewegter Krper o Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento. El artículo que dio origen a la relatividad especial.

No te preocupes, Marty. Estarás en casa antes de que te des cuenta. Probablemente.

Un viaje a 1905: nace el espacio-tiempo de Einstein

Cuando Marty lee el cronómetro y descubre que hemos llegado a 1905, se pregunta por qué este año es tan importante. En este punto, la física está experimentando una revolución que dará lugar no solo a una nueva teoría de la gravedad, sino que también revelará el mundo contraintuitivo y un tanto preocupante de lo muy pequeño. Y un empleado de patentes en Berna, Suiza, que estará en el centro de esta revolución, está a punto de tener un muy buen año.

El quinto año del siglo XX se denominará Annus mirabilis o año milagroso de Albert Einstein, y por una buena razón. El físico publicará cuatro artículos en 1905, el primero describiendo el efecto fotoeléctrico, el segundo detallando el movimiento browniano. Pero, por impresionantes que sean esos logros, uno lo verá galardonado con el Nobel después de todo, es el tercer y cuarto artículo que nos interesa.

1905: el joven Albert Einstein contempla el futuro, sin saber que está a punto de cambiar para siempre la forma en que pensamos sobre el tiempo y el espacio. (Autor original desconocido)

En estos artículos, Einstein primero introducirá la relatividad especial y luego describirá la equivalencia masa-energía representada más famosamente por la ecuación reducida E=mc. No es exagerado decir que estos trabajos cambiarán la forma en que pensamos sobre la realidad por completo, especialmente desde el punto de vista de la física.

La relatividad especial lleva tiempo y, aunque anteriormente se creía que era una entidad separada, la une con las cuatro dimensiones conocidas del espacio. Esto crea un espacio-tiempo de un solo tejido. Pero los cambios en el concepto de tiempo no terminaron ahí. La relatividad especial sugiere que el tiempo es diferente dependiendo de cómo se viaja a través de él. Cuanto más rápido se mueve un objeto, más tiempo se dilata para ese objeto.

Esta idea de que el tiempo corre de manera diferente en diferentes marcos de referencia es la forma en que la relatividad recibe su nombre. El ejemplo más famoso de la diferencia horaria es la paradoja de los gemelos.

Conoce a las hermanas gemelas Stella y Terra. Stella está a punto de emprender una misión a una estrella distante en una nave que es capaz de viajar casi a la velocidad de la luz, dejando a su hermana, Terra, en la Tierra.

Un diagrama de espacio-tiempo del viaje de Terra a través del espacio-tiempo, contra su gemela Stellas. Pasa menos tiempo para Stella que para Terra, lo que significa que cuando regresa a la Tierra, Terra ha envejecido más que ella. (Roberto Lea)

Después de alejarse de la Tierra a casi la velocidad de la luz, y luego emprender un viaje de regreso a una velocidad similar, Stella aterriza y sale de su nave para ser recibida por Terra, que ha envejecido más en relación con ella misma. Ha pasado más tiempo para la gemela estática Earthbound que para su hermana que realizó el viaje al espacio.

Por lo tanto, se podría considerar que Stella viajó hacia adelante en el tiempo. ¿De qué otra forma podría un par de gemelos llegar a tener edades considerablemente diferentes? Eso es genial, pero ¿qué hay de retroceder en el tiempo?

Bueno, si cuanto más rápido se mueve una partícula en un marco de referencia, más lento avanza el tiempo en ese marco, surge la pregunta, ¿hay una velocidad a la que el tiempo se detiene? Y si es así, ¿hay una velocidad más allá de esta en la que el tiempo se movería hacia atrás?

Una visualización de un taquión. Debido a que un taquión siempre viajaría más rápido que la luz, no sería posible verlo acercarse. Después de que un taquión haya pasado cerca, un observador podría ver dos imágenes de él, apareciendo y saliendo en direcciones opuestas.
(Wiki CC por SA 3.0)

Los taquiones son partículas hipotéticas que viajan más rápido que la velocidad de la luz, considerada aproximadamente como la velocidad a la que el tiempo se detendría y, por lo tanto, se movería hacia atrás en lugar de hacia adelante en el tiempo. La existencia de taquiones abriría la posibilidad de que nuestra hermana en el espacio pudiera recibir una señal de Terra y enviarle una respuesta de taquiones. Debido a la naturaleza de los taquiones, Terra podría recibir esta respuesta antes de enviar la señal inicial.

Aquí es donde eso se vuelve peligroso; ¿Qué pasa si Stella envía una señal de taquiones que dice No me envíes señales? Entonces no se envía la señal original, lo que lleva a la pregunta; ¿A qué está respondiendo Stella?

O en un ejemplo aún más extremo; ¿Qué pasa si Stella envía una señal de taquiones que ella misma intercepta antes de emprender su viaje, y esa señal la hace decidir no emprender ese viaje en primer lugar? Entonces, nunca estará en el espacio para enviar la señal de taquiones, pero si esa señal no se envía, entonces se habría embarcado en el viaje.

Y esa es la naturaleza de la causalidad que viola las paradojas que podrían surgir incluso de la capacidad de enviar una señal a través del tiempo. ¿Hay alguna salida a esta paradoja?

Quizás

Interludio. Del Diario de Albert Einstein

27 de septiembre de 1905

Una cosa más asombrosa sucedió hoy. Un joven con un atuendo extraordinario me visitó en la oficina de patentes. Presentándose a sí mismo como Marty, el joven procedió a preguntarme sobre mi artículo Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento , una sorpresa, especialmente porque se publicó ayer.

¡En particular, el chico quería saber sobre las implicaciones de mi teoría sobre los viajes en el tiempo! Un puro vuelo de fantasía, por supuesto, a menos que para otro momento tal vez.

Si esto ya no era inusual hasta el extremo, después de nuestra conversación, acompañé a Marty a las orillas del río Aare, donde me dijo que lo esperaba su transporte. Estaba, por supuesto, esperando un barco. Por lo tanto, me quedé atónito cuando el niño entró en una caja roja maltratada, que luego simplemente desapareció.

Diría que esto fue un producto de mi imaginación sobrecargada, resultado del cansancio que surge de trabajar en la oficina de patentes durante el día y escribir artículos por la noche. Es decir, ¡si yo fuera el único testigo!

Un joven también vio desaparecer la caja, y su sorpresa debe haber sido más extrema que la mía porque tropezó con el río y desapareció bajo su superficie.

Su cuerpo aún no ha sido recuperado. Temo lo peor.

Día presente: el universo autocorrector

A medida que la cabina telefónica vieja y maltratada se vuelve a materializar en la actualidad, Marty está decidido a buscar una respuesta académica a la paradoja del viaje en el tiempo que se le contó en 1905.

Hace una visita a la Universidad de Queensland, donde el estudiante de Licenciatura en Ciencias Avanzadas Germain Tobar ha estado investigando la posibilidad de viajar en el tiempo. Bajo la supervisión del físico Dr. Fabio Costa, Tobar cree que puede ser posible una salida matemática de las paradojas del viaje en el tiempo.

La dinámica clásica dice que si conoces el estado de un sistema en un momento determinado, esto puede decirnos toda la historia del sistema, explica Tobar. Por ejemplo, si conozco la posición actual y la velocidad de un objeto que cae por la fuerza de la gravedad, puedo calcular dónde estará en cualquier momento.

Sin embargo, la teoría de la relatividad general de Einstein predice la existencia de bucles de tiempo o viajes en el tiempo donde un evento puede estar tanto en el pasado como en el futuro de sí mismo teóricamente volviendo el estudio de la dinámica de cabeza.

Tobar cree que la solución a las paradojas del viaje en el tiempo es el hecho de que el Universo se corrige a sí mismo para eliminar la violación de la causalidad. Los eventos ocurrirán de tal manera que se eliminarán las paradojas.

Entonces, tomemos nuestro dilema de los gemelos. Como recordarán, Stella se envió a sí misma un mensaje de taquiones que convenció a su yo más joven de no ir al espacio. La teoría de Tobars, a la que él y su supervisor Costa dicen que llegaron matemáticamente al elevar al cuadrado los números involucrados en los cálculos del viaje en el tiempo, sugiere que podría suceder una de dos cosas.

Algún evento obligaría a Stella a dirigirse al espacio, tal vez podría tropezar accidentalmente con la cápsula, o recibir un mejor incentivo para emprender su viaje. O otro evento podría enviar la señal de taquiones, tal vez Stella podría recibir accidentalmente la señal de su astrónomo de reemplazo.

No importa lo que hicieras, los eventos destacados simplemente se recalibrarían a tu alrededor, dice Tobar. Por mucho que lo intente, para crear una paradoja, los eventos siempre se ajustarán solos, para evitar cualquier inconsistencia.

La gama de procesos matemáticos que descubrimos muestra que viajar en el tiempo con libre albedrío es lógicamente posible en nuestro universo sin ninguna paradoja.

El principio de autoconsistencia de Novikov (Brightroundircle/ Robert Lea)

La solución de Tobar es similar en muchos aspectos al principio de autoconsistencia de Novikov, también conocido como Ley de conservación de la historia de Nivens, desarrollado por el físico ruso Igor Dmitriyevich Novikov a fines de la década de 1970. Esta teoría sugería el uso de geodésicas similares a las utilizadas para describir la curvatura del espacio en la teoría general de la relatividad de Einstein para describir la curvatura del tiempo.

Estas curvas cerradas similares al tiempo (CTC) evitarían la violación de cualquier evento relacionado causalmente que se encuentre en la misma curva. También sugiere que el viaje en el tiempo solo sería posible en áreas donde existen estos CTC, como en presencia de agujeros de gusano como especularon Kip Thorne y sus colegas en el artículo de 1988 Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition. Los eventos serían cíclicos y autoconsistentes.

La diferencia es que, mientras que Tobar sugiere un Universo que se corrige a sí mismo, esta idea implica fuertemente que los viajeros en el tiempo no podrían cambiar el pasado, ya sea que esto signifique que están físicamente impedidos o que realmente carezcan de la capacidad de elegir hacerlo. En nuestra analogía gemela, el reemplazo de Stella envía una señal de taquiones y, al viajar a lo largo de un CTC, se desvía de su curso, lo que significa que Stella recibe en lugar de su objetivo previsto.

Después de escuchar a Tobar, regresando a su máquina del tiempo, Marty toma un atajo por el cementerio local. Entre las lápidas que muestran fechas y nombres desconocidos, nota algo preocupante y escalofriante, de hecho. Allí cincelado en piedra envejecida, el nombre de su abuelo.

La fecha de su muerte es 27 de septiembre de 1905.

Interludio: Del Diario de Albert Einstein

29 de septiembre de 1905

Esta mañana, el Emmenthaler Nachrichten informa que se ha recuperado el cuerpo del desafortunado joven que presencié caer en el Aare. El periódico incluso publicó una foto del joven.

No me había dado cuenta en ese momento, pero el niño muestra el más notable parecido con Marty, el joven inusualmente vestido que me visitó el mismo día que el niño cayó .

Extraño, pienso tanto en el atuendo de Marty con tanta frecuencia, el joven me dijo que su llamativa chaqueta sin brazos, camisa de franela y jeans estaban de moda en el 86.

Sin embargo, aunque tenía siete años en 1886 y tengo muchos recuerdos vagos de ese año, ciertamente no recuerdo ropa tan colorida.

Perdido en el tiempo: cómo la física cuántica proporciona una ruta de escape de las paradojas del viaje en el tiempo

Marty dobla la copia del Emmenthaler Nachrichten y la coloca en el suelo de la máquina del tiempo maldita que parece haberlo condenado. El periódico local ha confirmado sus peores temores; su viaje al pasado para visitar a Einstein condenó a su abuelo.

Después de confirmar su ascendencia, sabe que está atrapado en una paradoja. Él espera ser borrado del tiempo

Después de un tiempo, Marty se pregunta cómo es posible que todavía viva. La física cuántica, o más específicamente una interpretación de ella, tiene la respuesta. Una forma de escapar de la (literal) paradoja del abuelo.

El experimento de la doble rendija (Robert Lea)

La interpretación de muchos mundos de la mecánica cuántica fue sugerida por primera vez por Hugh Everett III en la década de 1950 como una solución al problema del colapso de la función de onda demostrado en el infame experimento de doble rendija de Young.

A medida que el electrón viaja, puede describirse como una función de onda con una probabilidad finita de pasar por la rendija S1 o la rendija S2. Cuando el electrón aparece en la pantalla, no se propaga como lo haría una onda. Se resuelve como un punto similar a una partícula. Llamamos a esto el colapso de la función de onda ya que el comportamiento ondulatorio ha desaparecido, y es un factor clave de la llamada interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica.

Quedaba la pregunta, ¿por qué colapsa la función de onda? Hugh Everett hizo una pregunta diferente; ¿La función de onda colapsa en absoluto?

La interpretación de muchos mundos de la física cuántica (Robert Lea)

Everett imaginó una situación en la que, en lugar de colapsar, la función de onda continúa creciendo exponencialmente. Tanto es así que finalmente todo el universo se abarca como uno de dos estados posibles. Un mundo en el que la partícula pasaba por S1 y un mundo en el que la partícula pasaba por S2.

Everett también afirmó que ocurriría la misma división de estados para todos los eventos cuánticos, con diferentes resultados existentes en diferentes mundos en una superposición de estados. La función de onda simplemente parece que se ha derrumbado para nosotros porque ocupamos uno de estos mundos. Estamos en una superposición de estados y tenemos prohibido ver el otro resultado del experimento.

Marty se da cuenta de que cuando llegó en 1905, se produjo una división en la línea del mundo. Ya no está en el mundo del que vino, al que llama Mundo 1. En cambio, ha creado y ocupa un mundo nuevo. Cuando viaja hacia adelante en el tiempo para hablar con Tobar, viaja a lo largo de la línea de tiempo de este mundo Mundo 2.

Esto tiene mucho sentido. En el mundo que dejó Marty, nunca apareció una cabina telefónica a orillas del Aera el 27 de septiembre de 1905. Este mundo es intrínsecamente diferente al que dejó.

Lo que sucede como resultado del primer viaje de Marty a 1905 según la interpretación de muchos mundos (Robert Lea)

Nunca existió en este mundo y, en verdad, no ha matado a su abuelo. Su abuelo existe sano y salvo en 1905 del Mundo 1. Sin embargo, si la interpretación de muchos mundos de la física cuántica es la solución correcta a la paradoja del abuelo, entonces Marty nunca podrá regresar al Mundo 1. Es intrínseco a esta interpretación que los mundos superpuestos no pueden Interactuar el uno con el otro.

Con referencia a los diagramas anteriores, Marty solo puede moverse hacia la izquierda y hacia abajo o hacia la derecha hacia arriba, es una dirección prohibida porque es su presencia en un momento particular lo que crea el nuevo mundo. Esto tiene mucho sentido, ha cambiado la historia y está en un mundo en el que apareció en 1905. No puede cambiar ese hecho.

La regla de no interacción significa que no importa qué medidas tome, cada vez que viaja al pasado crea un nuevo estado y salta a ese estado y solo puede avanzar en el tiempo (derecha) en esa línea.

Los múltiples viajes de Marty al pasado crean más mundos (Robert Lea)

Entonces, ¿qué sucede cuando Marty viaja al pasado en un intento por rescatar su mundo? Inadvertidamente crea otro estado, el Mundo 3. Este mundo puede parecerse a los Mundos 1 y 2 en casi todas las formas imaginables, pero según la aplicación de la interpretación, no es lo mismo debido a una cabina telefónica adicional en las orillas del río Aare para cada viaje de vuelta.

Mientras Marty continúa intentando regresar a su hogar en el Mundo 1, se da cuenta de que ahora vive en un mundo en el que un día de septiembre de 1905 en las calles de Berna, cientos de cabinas telefónicas aparecieron repentinamente en las orillas del Aare, y luego simplemente desaparecido

La aparición repentina de cientos de cabinas telefónicas rojas alrededor de las orillas del río Aare realmente comenzó a afectar los precios de las propiedades. (Británica)

También se da cuenta de que su situación responde a la pregunta si existen los viajeros en el tiempo, ¿por qué nunca aparecen en nuestro tiempo? La verdad es que si una persona existe en el mundo del que partieron estos viajeros, nunca podrá volver a esta línea de tiempo principal.

Para alguien en el Mundo 1, el advenimiento de los viajes en el tiempo solo resultará en la desaparición gradual de los físicos atrevidos. Ese es el momento en que Marty se da cuenta de que, en lo que respecta al Mundo 1, su mundo, un día pisó una cabina telefónica y desapareció para no volver jamás.

Marty escapó de la paradoja del viaje en el tiempo, pero se condenó a vagar por mundos alternativos.

Oye, ¿cómo recuperamos nuestra máquina del tiempo?

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