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domingo, 7 de mayo de 2017

Viajar en el tiempo, una idea loca, pero ¿imposible?

El físico Albert Einstein, padre de la Teoría de la Relatividad, en 1931. GETTY
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Sentimos una atracción especial por las cosas que nos son difíciles, más si nos son, creemos, imposibles. Así, nos atrae escalar montañas, viajar a lugares remotos, pero realmente nos fascinaría explorar otros mundos, ver a través de las paredes, conocer el futuro, y ¿por qué no? viajar en el tiempo. Puestos a pedir superpoderes, nos conformaríamos (supongo) con los de cualquier superhéroe de historieta. Pero, viajar en el tiempo, nos daría capacidades especiales: conocer pasado y futuro, saber cómo apostar en el póker y realizar hazañas que harían ver a Superman como un alfeñique de 50 kilos (por citar un clásico).

La fantasía suprema: viajar en el tiempo ¿Quién no ha pensado alguna vez en viajar por el tiempo? Una idea loca, mitad en el ámbito de la fantasía, mitad en el ámbito de la ciencia ficción. Y, ya que de ciencia ficción hablamos, ¿cómo queremos nuestro viaje? ¿en una máquina del tiempo a lo H.G. Wells o tele-transportado? Una idea loca, sí, pero ¿imposible?
Veamos. La primera dificultad es la naturaleza misma del tiempo, el mar en que navegaríamos, tan inaprehensible, como el agua, se nos escapa antes de poder agarrarlo. El tiempo, tema permanente de reflexión filosófica y religiosa de todas las épocas, que en los últimos 100 años ha pasado a ocupar el centro de discusiones en el ámbito de la física y de la neurociencia.
Probablemente, la definición más influyente en ciencia, sea la de Einstein que integró al tiempo como la cuarta coordenada (dimensión) de la geometría del continuo espacio-temporal donde vivimos. Integración donde la luz juega un papel fundamental. En efecto, en 1915 Einstein enunció la teoría general de la relatividad en la que la velocidad de la luz es invariante en todos los sistemas de referencia y que constituye el límite superior impuesto por la naturaleza a todas las velocidades (en particular, un objeto viajando a la velocidad de la luz, no siente pasar el tiempo). Además de su comportamiento como una onda, Einstein encontró que la luz está formada por cuantos que se conducen como corpúsculos: los fotones. Sorprendentemente la luz se comportaba a veces como onda y a veces como partícula. Esta dualidad, constituiría uno de los pilares fundamentales sobre los que se elaboraría la mecánica cuántica, teoría que nunca convenció del todo al gran Albert.
Percibimos a través de nuestros sentidos, y sin duda, el rey de los sentidos es la vista. Es verdad de Perogrullo decir que vemos porque existe la luz. La luz juega un papel central en todas las manifestaciones humanas: en la religión, en las artes plásticas, en la arquitectura, en la fotografía y en la cinematografía. Recordemos, por ejemplo, que Louis Daguerre, pionero de la fotografía, al referirse a las primeras imágenes que captó, dijo "He agarrado la luz, he detenido su vuelo". Lo que vemos, como una fotografía (o una película) muy personal, lo codificamos en nuestra mente. En este sentido, nuestra percepción del mundo es personalísima, única e irrepetible.
A diferencia de los cinco sentidos ordinarios, por los que percibimos el mundo exterior, la propiocepción es un sentido por el que tenemos conciencia del estado interno de nuestro cuerpo. Nuestra percepción del paso del tiempo se debe a este sentido, que coordina y ordena la relación espacial de las partes de nuestro cuerpo y de este con nuestro entorno. Así, nuestra percepción del tiempo es también muy personal e incomparable entre diferentes individuos. Esto es verdad a diferentes niveles, tanto física como biológicamente. Desde un punto de vista biológico y neurológico, el tiempo que puede medir un reloj atómico no tiene la relevancia que tienen nuestros propios ritmos circadianos (nuestro reloj biológico) y nuestra acumulación de memorias. Esto hace que la percepción del tiempo varíe según quiénes somos, cuántos años tenemos, qué hemos vivido y qué estamos viviendo en este momento. Por ejemplo, el neurocientífico David Eagleman realizó una serie de experimentos que muestran cómo cuando estamos asustados, y en general bajo el influjo de la adrenalina, el tiempo parece pasar más lento.
En un sentido estricto, frecuentemente viajamos en el tiempo mentalmente: siempre estamos planeando el futuro. Esta actividad no sólo es decisiva en nuestro futuro individual, sino ha sido decisiva en nuestro futuro como especie animal. Por ejemplo, al ir a cazar por comida (o en tiempos más modernos, al ir de compras al supermercado), nos vemos mentalmente cazando (o comprando) antes de hacerlo realmente. Esto es fundamental para no terminar como lunch de quién pretendemos almorzar. No es casual que enfermos con desajustes del sistema de propiocepción pierdan la noción de peligro (que por supuesto, requiere de anticipación, de imaginar lo que pasará).
Los neurólogos australianos Suddendorf y Corbalis, al iniciar el estudio formal de los viajes mentales en el tiempo, abrieron una puerta al entrelazamiento de la neurofisiología con la física y las matemáticas. Estas relaciones están en una etapa inicial de desarrollo. A mediados del siglo XX se comenzó a discutir, también, sobre la relación entre el estado de un sistema y la cantidad de información que contiene y que puede transmitir. Si un sistema en la naturaleza exhibe organización, contiene información. A mayor orden, mayor información. En termodinámica, conforme un sistema se acerca al equilibrio, esto es, al estado más probable, el sistema se encuentra más desordenado. De esta manera el desorden, la probabilidad de un estado y la falta de información están correlacionadas. En este nivel cualitativo de ideas, se puede decir que la entropía de un sistema se altera al alterar su organización, lo que resulta en un cambio de la cantidad de información que el sistema contiene.
Aunque los viajes en el tiempo de cuerpo presente (y con los calcetines puestos) no pasan de ser una especulación, la ciencia ha demostrado que los viajes en el tiempo para partículas elementales (fotones, electrones, y otros ‘bichitos’) son posibles. Por un lado, la teoría de la relatividad general, nos muestra que el tiempo pasa más lentamente para partículas que se mueven cerca de la velocidad de la luz (como referencia, la luz tarda 8 minutos en viajar del sol a la tierra). El mismo Einstein decía que “el pasado y el futuro no son sino una ilusión, aunque eso sí, muy convincente”. Por otro lado, la teoría de los agujeros negros, iniciada por Einstein, propalada por Stephen Hawkins, desde su silla de ruedas, y estudiada por cientos de astrónomos alrededor del mundo, nos muestra cómo ciertos agujeros negros, formando agujeros de gusano en el espacio, permitirían a la luz tomar caminos más cortos y llegar más rápido al futuro. Física y neurobiología, ese es el camino de las investigaciones sobre el tiempo el día de hoy.
La percepción del tiempo no es sino un fenómeno emergente de la conciencia, o como dijo el filósofo suizo Henri-Frédéric Amiel ‘el tiempo, no es sino la distancia entre nuestros recuerdos’. Y si el tiempo existe de manera colectiva, inscrito en el fondo del universo, ¿no podría ser la manifestación de una mente universal? Pero eso ya es tema de especulación, de la poesía y las religiones. El tiempo, ese elemento de la realidad, a la vez, tan tiránico y elusivo, no se deja dominar, pero comenzamos a entrever sus secretos. Todavía la rendija por donde atisbamos es reducida, pero la ciencia la ensancha día con día.
José Antonio de la Peña es matemático y profesor en la UNAM y el ITAM. Es miembro del Colegio Nacional de México. Acaba de publicar ‘Historia y ciencia de los viajes en el tiempo’ (editorial Guadalmazán).

jueves, 26 de noviembre de 2015

“La teoría de la Relatividad General es fantástica, pero no es definitiva”

Cinco de los principales expertos mundiales en la física de Einstein explican y celebran sus logros en el 100 aniversario


Imagen del inicio del evento celebrando los 100 años de Relatividad General en Madrid /SAMUEL SÁNCHEZ
Hace un siglo, Albert Einstein presentó en Berlín los resultados del trabajo de una vida. Desde muy joven, estaba convencido de que dejaría una huella profunda en la ciencia de su tiempo, y la Teoría de la Relatividad General era un logro a la altura de las expectativas de cualquiera. El tiempo y el espacio, un escenario absoluto en el que los científicos o los filósofos habían situado las interacciones de las personas y de las cosas, pasaba a ser un actor más. “La materia le dice al espacio cómo curvarse, mientras el espacio le dice a la materia cómo moverse”, resumía John Wheeler en una frase que dice bastante, pero aún nos deja lejos de comprender el alcance de la gran idea de Einstein.
Ayer, en Madrid, en la Fundación Francisco Giner de los Ríos, cinco físicos de talla mundial ofrecieron sus reflexiones sobre la teoría de la relatividad, el impacto que tuvo en su tiempo o la influencia de Einstein en la cultura y la política de su tiempo. En el evento, organizado por EL PAÍS, Materia y OpenMind, la comunidad del conocimiento de BBVA, participaron David Gross, físico teórico y premio Nobel de Física 2004, Hanoch Gutfreund, profesor de física teórica y antiguo presidente de la Universidad Hebrea de Jerusalén, José Luis Fernández Barbón, investigador científico del Instituto de Física Teórica CSIC/UAM, Manuel Lozano Leyva, catedrático de Física Atómica, Molecular y Nuclear en la Universidad de Sevilla, y Jean-Pierre Luminet, astrofísico y director de investigación del CNRS.
El debate, moderado por la directora de Materia, Patricia Fernández de Lis, comenzó reconociendo lo logrado por Einstein. “Estamos celebrando una serie de magníficas ideas que aparecen cada mucho tiempo en la ciencia”, afirmó Fernández Barbón. “Es una teoría que responde a la idea de qué es el espacio y el tiempo y hay pocas cosas más fundamentales”, ha continuado. “La relatividad es la teoría que utilizamos para pensar en el universo en su conjunto, pero esta teoría se distingue de la otra teoría fundamental con la que trabajamos los físicos, la cuántica, porque los principios en los que se asienta se pueden expresar con temas de la vida cotidiana”, ha añadido el físico del IFT. “La teoría General de la Relatividad es uno de los grandes triunfos de la razón humana, porque el puente entre los hechos cotidianos y la naturaleza del universo que explica se obtiene solo con el poder del intelecto humano. Pero no solo del intelecto de Einstein. Él es un gran genio, pero se trata de una epopeya que abarca 2.500 años. Los griegos ya reflexionaban sobre el espacio y el tiempo. Ellos ya inventaron la geometría que luego le sirvió a Einstein para elaborar su teoría. En estos días en los que tenemos ejemplos diarios de la irracionalidad humana más absoluta esto es un ejemplo de lo contrario que hay que celebrar”, ha concluido.
Por su parte, Gross, que también ha reconocido el triunfo de Einstein, ha mencionado que parte del interés del trabajo del físico alemán es que él sabía que su logro era algo provisional. “Él buscó ecuaciones más poderosas que mejorasen su explicación de la realidad durante 40 años”. Pero “no celebramos tanto sus ecuaciones como las ideas más profundas que las produjeron y los objetivos que él se fijó y persiguió”, ha indicado. “Una de estas ideas es que el espacio-tiempo no era algo estático, un concepto a priori para entender la naturaleza de la realidad sino más un objeto dinámico que responde ante la energía y la materia”.
“También se fijó un objetivo, unificar todas las leyes del universo. Este objetivo es uno de los centrales de la física fundamental. Quizá nunca lo logremos, pero la ambición para hacerlo ha motivado a muchos científicos durante el último siglo”, ha remachado.
Gutfreund ha destacado que una de las cosas más fascinantes de Einstein es que “los tres principales conceptos que surgieron de la Relatividad General: agujeros negros, ondas gravitacionales y la expansión del universo, no los aceptó durante muchos años”.
Por su parte, Lozano-Leyva ha destacado que pese a tratarse de una idea revolucionaria, la teoría de Einstein no destruyó la física anterior. “Se suele decir que la mecánica cuántica y la Relatividad General arrasaron la física clásica. Esto es falso. Él constreñía todos sus avances a mantener el principio de conservación de la energía y a los límites de aplicación la física newtoniana”. “Pese a lo que se crea, los modelos físicos no son cambiantes, no se destruye lo anterior, se amplía. La ciencia es algo que avanza de una forma sólida y la humanidad tiene un pilar sólido al que agarrarse”, ha puntualizado el físico sevillano.
A continuación, el francés Luminet, ha continuado con este razonamiento recordando a Ptolomeo. El pensador de la antigüedad propuso una síntesis sobre los movimientos de los cuerpos celestes. “Era un sistema equivocado, pero los modelos científicos no son visiones definitivas del mundo. El modelo de Ptolomeo fue eficiente y sirvió durante siglos. Luego llegó Copérnico, Galileo, Kepler y Newton”, ha afirmado. Y después, Einstein.
Luminet ha concluido hablando también sobre las debilidades de Einstein, algo que le hace sentir empatía con el genio. “Pese a su genialidad él también necesitaba otra gente para desarrollar sus ideas y no aceptó conceptos como los agujeros negros o el universo dinámico. Su teoría es fantástica, pero no es definitiva, y ampliarla es un reto fascinante para todos nosotros”.

miércoles, 25 de noviembre de 2015


Albert Einstein, cuando ya era un famoso físico en EE UU, en 1947. / BIBLIOTECA DEL CONGRESO DE LOS ESTADOS UNIDOS
El 25 de noviembre de 1915, Albert Einstein presentó ante la Academia Prusiana de Ciencias, en Berlín, la teoría que acabaría por culminar su mito. La Relatividad General era una continuación de la Especial, la idea que había presentado diez años antes cuando era funcionario de la Oficina Suiza de Patentes. En aquel año milagroso de 1905, Einstein mostró cómo el movimiento modifica la percepción del espacio y del tiempo, pero la velocidad de la luz y las leyes de la física siempre son las mismas con independencia de la velocidad a la que se mueva el observador.
Con estos fundamentos, en 1907,Einstein tuvo la que consideró la idea más feliz de su vida. En uno de sus famosos experimentos mentales, se dio cuenta de que una persona en caída libre y alguien que flota en el espacio tendrían una sensación similar, como si la gravedad no existiese. Más adelante, observó también que estar de pie sobre la Tierra, atraído por la fuerza de la gravedad del planeta, no sería muy distinto de encontrarse en una nave espacial que acelerase para producir el mismo efecto.
A partir de esta intuición, Einstein se planteó que tanto la gravedad como la aceleración deberían tener la misma causa, que sería la capacidad de objetos con mucha masa como los planetas o las estrellas para curvar un tejido continuo formado por el espacio y el tiempo, dos dimensiones que durante milenios se habían considerado separadas y absolutas en las que la materia existía e interactuaba. El efecto de esa curvatura y de los objetos moviéndose sobre ella es lo que percibimos como la fuerza de la gravedad o, explicado en las palabras de John Archibald Wheeler, el espacio le dice a la materia cómo moverse y la materia le dice al espacio cómo curvarse.
Las primeras consecuencias asombrosas de las teorías de Einstein llegaron pronto. Pocas semanas después de su presentación en Berlín, Karl Schwarzschild, otro investigador alejado de las instituciones académicas, escribió a Einstein mostrándole sus cálculos sobre cómo se comportaría el campo gravitatorio alrededor de una estrella de acuerdo con la relatividad general. Schwarzschild, un físico reputado, había llegado a su conclusión calculando en sus ratos libres mientras trabajaba como artillero en el frente ruso durante la Primera Guerra Mundial. Además de mostrar la eficacia de las ecuaciones de Einstein para describir el mundo real, los resultados de Schwarzschild sugerían la existencia de objetos cósmicos inesperados. Al calcular los efectos de la curvatura del espacio-tiempo dentro y fuera de una estrella, observó que, si la masa de la estrella se comprimiese en un espacio lo bastante pequeño, el tejido espaciotemporal parecía venirse abajo. Era la predicción inverosímil de los agujeros negros, unos objetos a cuya atracción gravitatoria no puede escapar ni la luz y que ni siquiera Einstein consideró posibles.
El primer gran experimento que sirvió para confirmar la validez de los planteamientos de la Relatividad General fue el dirigido por el astrónomo británico Arthur Eddington en 1919. Durante un eclipse solar, observó que tal y como predecía la teoría, la masa del Sol hacía que la luz procedente de las estrellas que se encontraban detrás de la estrella se curvase. Se probaba así que un gran objeto era capaz de deformar el espacio-tiempo y que incluso la luz debía desviarse para seguir la nueva geometría. Justo un año después de la gran guerra, un científico del bando vencedor había dado la gloria con su esfuerzo a otro nacido en el país derrotado. A partir de ese momento de alto valor científico y simbólico, el creador de las teorías relativistas se convirtió para siempre en el científico más reconocible del mundo.
Pese a lo que se ha dicho en algunas ocasiones, Einstein, además de tener una capacidad para ver el mundo distinta de la mayoría, era un gran estudiante y estuvo siempre entre los primeros de su clase. Pero también, como casi todas las personas que alcanzan logros prominentes, tenía una ambición descomunal y no sentía reverencia alguna por la autoridad. Cuando aún era un joven de 22 años y no había conseguido nada, no dudó en dirigirse al físico Paul Drude para señalarle los errores de su teoría del electrón. “Apenas tendrá algo sensato con lo que refutarme”, le escribió a su novia Mileva Maric. Drude tuvo la deferencia de contestarle, pero rechazó sus objeciones y Einstein demostró que tenía un ego indestructible: “A partir de ahora, no me dirigiré a este tipo de gente, y en su lugar les atacaré sin piedad en las revistas científicas, como se merecen”, le dijo a Maric.
Con el tiempo, y sobre todo a partir de la presentación de la Teoría de la Relatividad, el propio Einstein se convirtió en una de esas autoridades que él siempre había ignorado. En varias ocasiones, pese a haber sido capaz de transformar la física con sus teorías, no quiso aceptar algunas de sus derivadas más revolucionarias. Rechazó los agujeros negros, pero también se inventó una constante cosmológica para mantener el universo estático, pese a que sus fórmulas decían lo contrario. Tampoco aceptó las ondas gravitacionales, unas ondulaciones del tejido espacio temporal producidas por objetos cósmicos como los agujeros negros o las estrellas de neutrones y le costó aceptar la teoría del Big Bang, planteada por físicos como George Lemaître y consecuencia natural de las ideas presentes en la relatividad general.
Hace 100 años, Albert Einstein transformó nuestra visión del mundo, o al menos la forma en que los físicos son capaces de entenderlo. Según cuenta Ignacio Fernández Barbón, investigador del Instituto de Física Teórica, Einstein "era un genio, pero es probable que solo adelantase el descubrimiento de la Relatividad General en una o dos décadas". El avance conjunto de la comunidad científica habría acabado por dar con aquella forma de ver la realidad. Ni siquiera los genios como Einstein llegan a sus conclusiones desde la nada o son imprescindibles, pero pocos dudan de que él fue el mejor del siglo.

CÓMO UNA TEORÍA CAMBIÓ LA FÍSICA