Descubren la última frontera del tiempo

La relatividad añade algo de complejidad a este sencillo razonamiento: la medida del tiempo no siempre es igual, ya que depende del movimiento de cada observador.

El ejemplo más claro es el experimento imaginario establecido por el físico Paul Langevin: dos hermanos gemelos que se separan, porque uno de ellos realiza un viaje espacial a una velocidad cercana a la de la luz, cuando regresa es más joven que el que se quedó en tierra.

El gemelo que se queda envejece más porque el reloj del gemelo de la nave espacial va más lento: el tiempo transcurre más despacio cuando se viaja a la velocidad de la luz. El tiempo, por tanto, es relativo.

Pero la complejidad no termina ahí: según la física cuántica, el tiempo está en una superposición de estados en la que pasado, presente y futuro se funden, y en la que los procesos de causa y efecto se invierten. Pero es el mismo para todos estos procesos.

Midiendo el tiempo

Los seres humanos llevamos midiendo el tiempo alrededor de cinco mil años y para conseguirlo, hemos ideado diversos sistemas, desde el reloj de arena y los relojes de agua, hasta los cronómetros y los relojes digitales.

En la cúspide de esta escalada por atrapar y medir el tiempo están los relojes atómicos, que miden cómo transcurre en procesos tan básicos de la materia como la resonancia atómica.

En vez de un péndulo para medir la duración de la oscilación, los relojes atómicos trabajan con la frecuencia con la que ocurren cambios en los átomos. Estos relojes han establecido un nuevo patrón para la definición de la unidad de tiempo físico: el Tiempo Atómico Internacional.

Los relojes atómicos, que solo pueden desviarse un segundo cada 30.000.000 años, miden las ondas electromagnéticas necesarias para cambiar una propiedad de los átomos de cesio llamada espín.

La última frontera

Una nueva evolución en el proceso de medir el tiempo se consiguió con el así llamado reloj cuántico: aumenta la precisión porque mide los cambios de estado de un átomo de aluminio cargado eléctricamente.

Es como un reloj atómico doméstico que solo atrasa un segundo cada 3.700 millones de años y puede detectar minúsculas variaciones todavía teóricas, como las que supuestamente ocurren en la velocidad de la luz cuando está en el vacío.

Ahora, tres físico-teóricos de la Universidad Estatal de Pensilvania han calculado el límite máximo, la última frontera, a partir de la cual puede ser medida la fracción mínima de tiempo en un reloj cuántico.

Su propuesta, formulada en la revista Physical Review Letters, se basa en el cálculo de lo que podría determinar un reloj cuántico: establece que el período de tiempo que puede medir un reloj cuántico en el universo es como máximo 10 ^ –33 segundos.

Evolución conceptual

Se trata de una predicción teórica aportada por Garrett Wendel, Luis Martínez y Martin Bojowald que implica una evolución en la forma de entender el tiempo físico.

Según la relatividad, lo que permite a los hermanos gemelos alcanzar en algún momento edades diferentes es que el tiempo, aunque es una cantidad continua, puede moverse más lento o más deprisa según la velocidad.

Para la mecánica cuántica, sin embargo, el tiempo es constante y universal, a pesar de sus paradójicas características: se desarrolla como los fotogramas de una película, en forma de pequeñas unidades de tiempo indivisibles basadas en el intervalo temporal más pequeño físicamente significativo (tiempo de Planck).

La nueva investigación aporta una nueva idea que podría resolver la aparente contradicción entre el tiempo relativista y cuántico: el tiempo no es solo una coordenada, sino también una vibración física suficientemente rápida que puede medirse.

Plantea que un reloj universal que funcione en una unidad de tiempo muy pequeña podría medir el tiempo constante en todo el universo (tiempo cuántico), a la vez que podría incorporar las variaciones de velocidad. En el caso de los gemelos, no habría dos medidas diferentes de tiempo.

El tiempo que invierte el oscilador cuántico en esos saltos se deduce al comparar sus ritmos con los de un reloj atómico.

La diferencia entre ambas medidas es lo que determina que el tiempo tiene, teóricamente, un periodo fundamental, señalan los investigadores. Ese periodo fundamental sería la base mínima del tiempo universal.  La última frontera del tiempo.

Sin embargo, para comprobar que el tiempo tiene realmente un período fundamental, será necesario confirmar el cálculo teórico de la medida aportada por este equipo. Detectarlo físicamente llevará todavía mucho… tiempo, advierte APS Physics.

Physical Implications of a Fundamental Period of Time. Garrett Wendel, Luis Martínez, and Martin Bojowald. Phys. Rev. Lett. 124, 241301. 19 June 2020. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.241301