Antonio Pozo Indiano
Consiguen en
laboratorio que el tiempo fluya hacia atrás
Los científicos han logrado crear un estado que evoluciona
hacia el pasado en lugar de hacerlo hacia el futuro
Un
equipo internacional de investigadores ha conseguido en laboratorio algo que
hasta ahora parecía imposible: hacer que el tiempo en una computadora
cuántica avance hacia el pasado. Los físicos también lograron calcular la
probabilidad de que, de forma natural, un electrón libre en el vacío del
espacio interestelar “regrese”, de forma espontánea, a su pasado reciente. Los
impactantes resultados de este trabajo, que se publicarán el 13 de marzo en
Scientific Reports, ya pueden consultarse en arxiv.org.
"Este
es uno de una serie de artículos sobre la posibilidad de violar la Segunda Ley de la
Termodinámica -explica Gordey Lesovik, autor principal de la
investigación-. Dicha ley está estrechamente relacionada con la noción de la flecha del tiempo, y obliga a
que el tiempo fluya en
un solo sentido: del pasado hacia el futuro."
"Comenzamos
describiendo la llamada máquina de movimiento perpetuo local del segundo tipo
-prosigue Lesovik-. Más tarde, en diciembre, publicamos un segundo documento
que analiza la violación de la segunda ley a través de un dispositivo
llamado demonio de Maxwell. Y el presente artículo, el más
reciente, aborda el mismo problema desde un tercer ángulo: hemos creado
artificialmente un estado que evoluciona en una dirección opuesta a la de la
flecha termodinámica del tiempo". Es decir, que evoluciona hacia el
pasado en lugar de hacia el futuro.
¿En qué se diferencian pasado y futuro?
La
pregunta puede tener varias respuestas, según quien y en qué contexto la
formule. Pero desde un punto de vista estrictamente científico, el pasado y el futuro se parecen tanto que pueden llegar a ser
intercambiables. De hecho, la mayor parte de las leyes de la
Física no admiten distinciones temporales, y funcionan exactamente igual con
independencia de que el tiempo esté avanzando o retrocediendo.
Por ejemplo, si grabamos en vídeo la
colisión y el rebote de dos bolas de billar idénticas y pasamos después la
cinta al revés, ambas versiones, la que avanza hacia el futuro y la que
retrocede en el pasado, podrán describirse con la misma ecuación. Y aún más,
basándose solo en el vídeo, nadie podría decir en qué sentido iba el tiempo
durante la grabación. Sería como si las bolas de billar estuvieran desafiando
nuestra intuición natural sobre hacia dónde está avanzando el tiempo.
Sin embargo, imagine ahora que alguien graba
el momento en que una bola de billar rompe la formación triangular donde están
todas las demás bolas antes de empezar la partida, y las dispersa en todas
direcciones. Aunque pasemos ese vídeo a la inversa, en este caso nadie tendrá
la menor duda de cuál de las dos versiones se corresponde con la grabación
original.
Lo
que hace que en este segundo ejemplo la versión “marcha atrás” del vídeo sea
tan absurda es nuestra comprensión intuitiva e innata de la Segunda Ley de la
Termodinámica, según la que un sistema aislado o bien
permanece cerrado, o bien evoluciona hacia un estado más caótico que el
original, pero nunca hacia otro más ordenado.
Lo cierto es que, de por sí, las leyes de la
Física no impiden que las bolas de la mesa se junten espontáneamente para
formar un triángulo, ni que el té que se ha disuelto en el agua vuelva solo a
la bolsa, ni que la lava fluya hacia el interior del cráter de un volcán en
lugar de manar de él durante una erupción. Sin embargo, a lo largo de nuestra
vidas no vemos que suceda nada de eso, porque significaría que un sistema
aislado puede asumir, sin intervención externa alguna, un estado más ordenado
que el inicial, lo que va en contra de la segunda ley.
Y si bien es cierto que la naturaleza íntima
de esa ley no ha sido aún explicada en detalle, también lo es que los
investigadores han avanzado mucho en la comprensión de los principios básicos
que la respaldan.
Un electrón solitario
Durante su experimento, los autores de este
trabajo cambiaron la bola de billar por un electrón solitario en medio del
inmenso vacío del espacio interestelar. Se trataba de verificar si, por lo
menos para una partícula individual, el tiempo podía revertirse
espontáneamente, de forma natural y aunque fuera solo durante una pequeña
fracción de segundo.
"Supongamos
que el electrón está bien localizado cuando comenzamos a observarlo -afirma
Andrey Lebedev, coautor del estudio-. Esto significa que estamos bastante
seguros de su posición en el espacio. Es cierto que las leyes de la mecánica cuántica nos impiden saber dónde
está con absoluta precisión, pero podemos delinear una pequeña región en cuyo
interior el electrón está localizado”.
El
físico explica que la evolución del estado electrónico se rige por laecuación de
Schrödinger. Y aunque la ecuación en sí no hace distinciones entre el futuro y el
pasado, la región del espacio que contiene el electrón se expandirá muy
rápidamente. Es decir, el sistema tenderá a volverse más caótico, lo que
aumentará el grado de incertidumbre sobre la posición del electrón. En otras
palabras, debido a la Segunda Ley de la Termodinámica, el desorden del sistema será cada vez mayor,
exactamente lo mismo que sucede en nuestra mesa de billar.
"Sin
embargo -añade por su parte Valerii Vinokur, coautora del artículo- resulta
que la ecuación de Schrödinger es reversible. Lo cual,
matemáticamente hablando, significa que bajo un cierto tipo de
transformaciones, la ecuación describirá un electrón “difuso”, localizado algo
atrás en el tiempo pero en la misma y pequeña región del espacio que ocupa en
el tiempo presente". Aunque este fenómeno no se observa en la naturaleza,
en teoría podría ocurrir debido a las fluctuaciones aleatorias del fondo
cósmico de microondas (la radiación residual del Big Bang) que impregna todo el
Universo.
En otras palabras, el equipo pretendía
calcular la probabilidad de observar un electrón "difuso" en un
pequeño lapso de tiempo, apenas una fracción de segundo, y comprobar si ese
electrón podía materializarse después espontáneamente en su pasado reciente. El
resultado fue que la probabilidad de que algo así suceda de forma natural y
espontánea es mínima.
Los
científicos, en efecto, calcularon que incluso si uno se pasara toda la vida
del universo (13.700 millones de años) observando 10.000 millones de electrones
por cada segundo de ese inmenso lapso de tiempo, la evolución inversa del estado
de la partícula solo ocurriría una vez. E incluso en ese caso, el electrón no viajaría más que una simple diez mil millonésima de
segundo hacia el pasado.
Obviamente, los fenómenos a gran escala que
involucran bolas de billar, volcanes, etc, objetos formados por billones de
partículas y no por una sola, se desarrollan en escalas de tiempo incluso mucho
mayores. Lo cual explica por qué no observamos situaciones en las que las
personas mayores, por ejemplo, se estén volviendo más jóvenes o en las que un huevo
recién frito se “desfría” por sí mismo para volver, intacto, al interior de su
cáscara.
Revertir el tiempo «a la carta»
Quedaba muy claro, pues, que las
probabilidades de observar algún fenómeno natural, por diminuto que fuera,
cambiando espontáneamente la flecha del tiempo para avanzar hacia el pasado,
quedaba prácticamente descartada. Ahora bien, sería posible forzar de alguna
forma la situación para conseguir que, en laboratorio, el tiempo corriera hacia
atrás?
Para
averiguarlo, los investigadores idearon un ingenioso experimento en
cuatro fases para revertir el tiempo. Y en lugar de un
electrón, decidieron observar el estado de una computadora cuántica formada
primero por dos y después por tres bits cuánticos (qubits) superconductores.
Fase 1: Orden
Cada qubit se inicia en su estado
fundamental (cero). Se trata de una configuración altamente ordenada y que se
corresponde con la de un electrón localizado en una pequeña región de espacio o
con las bolas de una mesa de billar perfectamente colocadas antes de la
partida.
Fase 2: Degradación
El orden inicial se pierde. Del mismo modo
en que el electrón se difumina en una región de espacio que es cada vez más
grande, o que las bolas de billar rompen su formación triangular para rebotar
por toda la mesa, el estado de los Qubits se convierte en un patrón cambiante y
cada vez más complejo de ceros y unos. Lo cual se consigue poniendo en marcha
brevemente el programa de evolución en la computadora cuántica. En realidad, la
misma degradación habría ocurrido por si misma debido a las interacciones con
el medio ambiente y sin necesidad de ejecutar programa alguno. Sin embargo, el
uso del software de evolución autónoma controlada era necesario para permitir
la última fase del experimento.
Fase 3: Inversión temporal
Un
software especial modifica nuevamente el estado de la computadora cuántica de
forma que ésta evolucione “hacia atrás”, desde
una situación caótica a otra más ordenada. La operación es
equivalente a la fluctuación aleatoria del fondo de microondas en el ejemplo
del electrón, con la diferencia de que se induce deliberadamente. En el ejemplo
del billar, sería como si alguien le diera a la mesa una patada perfectamente
calculada para obtener un resultado concreto, en este caso reordenar las bolas.
Fase 4: Regeneración
Se activa de nuevo el programa de evolución
de la Fase 2. Si se hace bien, esto no produce más caos, sino que “rebobina “
el estado que tenían los qubits en el pasado, la forma en que un electrón
“difuso” se localizaría o el modo en que las bolas de billar regresan sobre sus
trayectorias para volver a disponerse en un triángulo perfecto.
Los
investigadores hallaron que en el 85 por ciento de los casos la computadora cuántica de dos qubits regresaba al estado
inicial. Cuando se involucraron tres qubits en vez de dos,
ocurrieron más errores, lo que resultó en una tasa de éxito de aproximadamente
el 50 por ciento. Según los autores, estos errores se deben a imperfecciones en
la computadora cuántica real. A medida que se diseñen dispositivos más sofisticados,
se espera que la tasa de error disminuya.
José
Manuel Nieves
Diario
ABC 13—3-2019
HEMEROTECA DEL CONDE YNDIANO DE BALLABRIGA
La Botica de mi Abuelo
Cuida tú Salud
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El ginseng es
una planta perenne con una raíz voluminosa más o menos ramificada, de color
amarillo claro, que puede tener un aspecto antropomórfico. Debe esperarse a que
la planta haya alcanzado como mínimo 6 años de edad para recoger su raíz.
Su uso
tradicional en fitoterapia, originalmente reservado al Emperador y a los
grandes señores feudales, se remonta a tiempos muy antiguos. Actualmente, el
ginseng se utiliza esencialmente por su acción tónica general en
el rendimiento físico e intelectual. En China, el ginseng
se utiliza también como afrodisiaco masculino.
Composición detallada
·
Polvo de raíz de ginseng crimolida (Panax ginseng), con
un contenido mínimo del 0,4 % de ginsenósidos Rb1 y Rg1.
·
Recubrimiento de origen vegetal: Hidroxipropilmetilcelulosa.
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