17 de junio de 2010

E=MC2 y el límite impuesto por la luz en la información del Universo

Jueves, 17 de junio de 2010

E=MC2 y el límite impuesto por la luz en la información del Universo


La fórmula matemática mas famosa y conocida de la humanidad es sin duda alguna E=MC2 (Energía es igual a Masa multiplicado por la velocidad de la luz al cuadrado), la formula de Einstein que básicamente dice que es posible transformar materia en energía y viceversa.

Sin embargo, una de sus implicaciones principales es también una de las menos entendida en la cultura popular, y es la creencia popular de que nada puede ser mas rápido que la velocidad de la luz, lo que es incorrecto.

En su esencia, lo que la fórmula en realidad implica es que información no puede viajar mas rápido que la luz.

Eso es posible que suene un poco extraño para muchos pues uno por lo general piensa de información como "datos en un archivo" o "anotaciones en una hoja de papel", o incluso el número de tu permiso de conducir un vehículo, o número de pasaporte, o la fecha de cumpleaños de tus familiares y/o amigos, pero por lo general nadie piensa de información como algo "real y tangible" del Universo.

Sin embargo, y esto es sorpresa para muchos, absolutamente todo en el Universo es información, desde seres humanos y piedras, hasta planetas, estrellas, galaxias, o átomos.

Esta es en realidad una interpretación relativamente reciente del universo (que se enseña en clases de Teoría de la Información en las universidades), y es un fenómeno que una y otra vez por medio de experimentos ha sido demostrado como cierto. La "realidad" que vemos ante nuestros ojos no es mas que una ilusión (aunque bastante convincente y consistente con nuestro entorno y patrones) en donde detrás de esa ilusión existe una sola cosa: Información. Sin duda muchos ya están pensando en la película The Matrix...

Sin embargo, dejaré la parte filosófica y didáctica sobre este concepto de realidad para otra ocasión, y hoy me quiero concentrar en el tema de por qué es que no podemos enviar información mas rápido que la luz, y para eso voy a hablar de un fenómeno que ocurre a escalas cuánticas (es decir, a escalas atómicas) de un fenómeno llamado en inglés entanglement (que en español sería algo como "entrelazamiento").

Entrelazamiento es un fenómeno tan sorprendente, que el mismo Einstein, uno de los responsables de su descubrimiento, se rehusó por años a creer que fuera real, y de ahí su famosa frase de "Dios no juega a los dados en el Universo". Sin embargo, este es uno de esos pocos casos en donde la evidencia empírica eventualmente demostró que Einstein estaba equivocado.

Lo que el efecto de entrelazamiento dice, en esencia, es que es posible poner a dos (o mas) partículas en un estado "entrelazado", de manera tal que en el momento que a una de ellas le suceda algo, a la otra le suceda algo también, y (he aquí lo extraordinario) de manera instantánea, sin importar si estas dos partículas están incluso a miles de millones de años luz de distancia la una de la otra, en plena y aparente violación de E=MC2 y el límite de la velocidad de la luz.

Sin embargo, como verán en un instante, nada ha sido violado, pero mientras tanto sepan que existen fenómenos mas rápidos que la luz, como por ejemplo el ritmo de expansión del Universo, el cual sabemos llegará un tiempo en donde el Universo se expandirá mas rápido que la luz, y por tanto las luces de las estrellas lejanas empezarán a desaparecer del firmamento. Otro fenómeno que muchos alegarían viaja mas rápido que la luz son los chismes de los vecinos, pero eso es material para otra discusión...

Regresando a nuestro tema, a continuación les expongo un ejemplo (de mi invención) que explica el por qué aunque este fenómeno de entrelazamiento aparentan violar el límite de la luz, que en realidad esa no es la manera de ver la situación, y que existe una manera fuera de esta paradoja.

Para nuestro ejemplo, imaginémonos que a alguien se le ocurre una idea que superficialmente aparenta estupenda: Entrelazar dos partículas, dejar una en la Tierra, y llevarse una a Marte, de modo que en el mismo momento que alguien descubra vida en Marte, hacerle algo a la partícula en Marte para que la partícula en la Tierra la "sienta" instantáneamente y nosotros poder saber de manera instantánea que hemos descubierto vida en nuestro vecino planeta (en vez de por ejemplo esperar una transmisión de radio que tardaría unos 15 minutos en llegarnos a la velocidad de la luz).

Todo pinta muy bien, y de seguro que nadie nota un problema todavía ya que existen unas propiedades mas de las partículas cuánticas que debemos tomar en consideración antes de proseguir con el ejemplo...

Sucede que a diferencia del mundo "grande" en donde vivimos, las diminutas partículas a nivel cuántico se comportan diferente. Una partícula cuántica puede estar en mas de un estado a la misma vez (cosa que va en contra de toda intuición humana pero que ha sido verificado experimentalmente miles de veces).

Por ejemplo (y para mantener nuestro ejemplo sencillo), imaginemos que nuestra partícula puede estar en dos estados, azul y rojo (que interpretaremos como "Si, hay vida" y "No, no existe vida"). A nivel cuántico, mientras ambas partículas estén entrelazada, ambas estarán en un estado combinado de "Si y No", y el truco está en que en el momento que nosotros marquemos la partícula remota como "Si", que en ese preciso instante la partícula en la Tierra también marcará que "Si" (en la realidad ocurre que la otra partícula marcaría lo contrario, pero quiero obviar esa tecnicalidad y mantener el ejemplo sencillo).

Antes de proceder con el ejemplo, hay una mas (y crucial) propiedad de las partículas cuánticas que debemos mencionar, y es el hecho de que en el momento que uno trate de ver (o mas bien, "medir") el estado de una partícula entrelazada que se encuentra en un estado difuso de "Si y No", lo que sucede en ese momento es que la partícula instantáneamente "colapsa" a uno de sus dos estados, y lo hace de manera aleatoria.

Es decir, si su tratas de "observar" la partícula, esta te mostrará o un Si o un No, pero de manera aleatoria (es decir, no siempre te dirá Si, y no siempre te dirá No, y nunca verás con tus propios ojos el estado entrelazado de "Si y No").

Ahora, adaptemos todo esto a nuestro ejemplo...

Asumamos que la partícula está dentro de una caja cerrada, y que mientras esta esté encerrada esta estará en un estado entrelazado y difuso de "Si y No". Asumamos además que la persona en Marte tiene manera de cambiarle el estado a su partícula entrelazada a un "Si" o a un "No" con tan solo presionar un botón.

Asumamos también que en el momento que la otra persona en Marte le cambie el estado a su partícula, que en ese mismo instante se cambiará el estado de tu partícula en la Tierra (aunque recuerda, que esta está encerrada en una caja y no la puedes ver al menos que abras la caja). Y asumamos finalmente que si abres la caja antes de que esta partícula cambie en sincronización con la de Marte, que eso hará que tu partícula cambie a un estado aleatorio.

Veamos ahora lo que ocurre...

Digamos que finalmente, después de varios años, un astronauta en Marte descubre rastros de vida. En ese instante, el astronauta toma su caja con su partícula entrelazada, presiona un botón que dice "Si", y eso ocasiona que la partícula en su caja deje su estado de "Si y No" y pase a simplemente "Si".

En ese preciso instante, la otra partícula a millones de kilómetros, en tu caja en la Tierra, "siente" el cambio de su partícula hermana en Marte, e inmediatamente cambia su estado también a "Si".

Y he aquí ahora la parte interesante...

Recuerda que tu caja está cerrada, y que tu no puedes ver el estado de la partícula dentro de la caja, por lo que aun el estado de la partícula dentro de la caja en estos momentos ya no dice "Si y No", sino que dice "Si" (en sincronía con su hermana partícula en Marte), lo cierto es que tu no sabes que ese cambio ocurrió debido a que no puedes ver dentro de la caja. De paso entonces, no debes abrir nunca la caja sin saber que alguien presionó un botón en Marte.

Pero, ¿por qué, y qué pasaría si tu abres la caja antes o después de alguien presionar el botón en Marte?

Si abres la caja antes, recuerda que eso automáticamente hace que tu partícula cambie su estado a uno aleatorio, sea un "Si" o un "No", por lo que te quedas con la duda y no sabes nada.

Pero, si abres la caja después que alguien presione el botón, y vez que tu partícula dice "Si", ¿cómo sabes que ese "Si" es un valor aleatorio, o un valor real? Y la respuesta es que no sabes, ya que nadie te ha dicho que en Marte alguien presionó un botón, y que el valor que verías al abrir la caja es un valor real y no uno producto del azar; y la única manera de tu saber si alguien presionó el botón en Marte es si alguien en Marte te envía un mensaje a tal efecto que diga algo como "ya presioné el botón, ahora puedes abrir la caja", y ese mensaje solo te puede llegar en un mensaje de radio a la velocidad de la luz.

Como pueden ver, aparenta casi que el Universo conspira contra nosotros, pero en realidad esto no es mas que un resultado de la ecuación E=MC2...

Nota: Cada vez que lean artículos como este, recuerden que implícitamente asumimos que las actuales teorías del Universo son "suficientemente correctas", pero la realidad es que aun hay unas cuantas dudas por resolver, dudas que no resolveremos hasta que encontremos ecuaciones que compaginen la Teoría de la Relatividad General de Einstein, con la Mecánica Cuántica, por lo que aunque aparenta que estos ejemplos son correctos, por el momento debemos permitir un poco de duda de que quizás podamos violar estas restricciones de la famosa fórmula de Einstein, y llegar a hacer cosas como viajar mas rápido que la luz. Sin embargo, hoy día con los actuales marcos teóricos mas establecidos, aparenta no ser posible...

Fuente:

Eliax

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