El truco de Odiseo: el ‘tiempo negativo’ existe, y acaban de medirlo en laboratorio

Aunque nadie haya conseguido aún explicar exactamente qué es el tiempo, todos tenemos más o menos claro que un segundo, un minuto, una hora o un año entero son unidades con las que los humanos ‘cuantificamos’ su paso, siempre hacia delante, siempre desde el pasado hacia el futuro. Las cosas suceden en un orden inalterable, y si recorremos, por ejemplo, cien kilómetros, siempre llegaremos a nuestro destino ‘después’ de haber salido, y nunca ‘antes’. Simplemente, el tiempo negativo no existe. O por lo menos no existe en nuestra realidad y en nuestras experiencias cotidianas. ¿O quizás sí? Porque un equipo internacional de investigadores acaba de demostrar experimentalmente que, en el desconcertante mundo de la mecánica cuántica, las partículas pueden pasar un tiempo ‘menor que cero’ interactuando con la materia. Y han logrado medir ese ‘tiempo negativo’, demostrando que se trata de algo real, y no de una característica engañosa de la luz. Los resultados acaban de publicarse en ‘ Physical Review Letters ‘.El truco de OdiseoPara explicar su hallazgo, los autores del estudio recurren a la mitología griega, tan de moda estos días tras el reciente estreno de la versión de ‘La Odisea’ de Christopher Nolan. Como nos cuenta Homero en su obra, Odiseo (Ulises) hizo un viaje épico de diez años desde Troya hasta su hogar en Ítaca. Y gran parte de ese viaje lo pasó retenido en la isla de la ninfa Calipso. Si su esposa Penélope le hubiera preguntado por ese tiempo perdido, Odiseo, para justificarlo, podría haber respondido: «Fue nada. De hecho, fue menos que nada. Pasé ‘menos cinco años’ con Calipso. ¿De qué otra forma podría haber llegado a casa después de sólo diez años? Y si no me crees, pregúntale a ella».En el mundo macroscópico, esto es un cuento de hadas, una mentira que al pobre de Ulises no le habría durado ni cinco minutos. Pero en el mundo subatómico, eso es exactamente lo que ocurre. «Resulta que las partículas cuánticas -explican los investigadores- son tan astutas como Odiseo, tal como hemos demostrado en nuestro experimento. No solo su tiempo de llegada puede sugerir que habitaron con otras partículas durante una cantidad de tiempo negativa, sino que si uno le pregunta a esas otras partículas, corroborarán la historia».Una luz en la niebla de rubidioEl nuevo experimento se basa en el uso de fotones (las partículas cuánticas que componen la luz) a los que los investigadores obligan a realizar un viaje casi imposible a través de una densa nube de átomos de rubidio.Esos átomos tienen una ‘resonancia’ con la luz. Lo que significa que la energía del fotón puede transferirse temporalmente al átomo, excitándolo. Así, el fotón ‘reside’ o ‘habita’ dentro de la nube atómica durante un breve instante antes de ser reemitido y continuar su camino. Para que esto funcione, el fotón debe tener una energía muy bien definida que coincida con la que necesita el rubidio para excitarse.Y aquí es donde entra en juego el famoso Principio de Incertidumbre de Heisenberg, según el cual resulta imposible medir simultáneamente la posición y la velocidad de una partícula, de modo que si sabemos dónde está, no podremos saber a qué velocidad iba, y si conocemos la velocidad será imposible determinar su posición. En el experimento, por tanto, si la energía del fotón es extremadamente precisa, su temporalidad debe ser incierta. Es decir, el fotón no es una pequeña bala de luz puntual, sino un ‘pulso’ de larga duración. Sabemos ‘en promedio’ cuándo entra en la nube de gas, pero no el momento exacto en que lo hace.Al disparar este fotón ‘alargado’, lo más normal es que su energía se transfiera al rubidio y luego el átomo dispare un nuevo fotón en una dirección aleatoria. Pero el fotón original se dispersa y nunca llega a su ‘Ítaca’.Llegar antes de salirSin embargo, a veces el fotón logra atravesar la nube en línea recta. Y cuando lo hace, ocurre algo que rompe los esquemas mentales más sólidos. Basándose en el tiempo promedio en que el fotón entra en la nube, los científicos pueden calcular a qué hora debería llegar al detector situado al otro lado (Itaca), asumiendo que viaja a la velocidad de la luz.Y el asombroso resultado fue que el fotón llegaba mucho antes de lo esperado. Llegaba tan rápido que, en realidad, parecía haber pasado una cantidad de ‘tiempo negativo’ dentro de la nube. En promedio, el fotón salía de la nube antes de haber entrado en ella.Este efecto no es nuevo . Se conoce desde hace décadas y ya se observó en un célebre experimento en 1993. Sin embargo, la comunidad científica decidió no tomarse en serio este ‘tiempo negativo’. ¿Por qué? Porque existía una explicación lógica y aburrida: imaginemos que el fotón es un tren de un kilómetro de largo que entra en un túnel lleno de explosivos (la nube de átomos). Si la mayor parte del tren es destruida (dispersada) y solo la locomotora logra salir, la parte sobreviviente llegará al final mucho antes que el centro del tren. Los físicos asumieron que sólo la ‘parte frontal’ del pulso de luz lograba cruzar, creando la ilusión de un tiempo negativo.El problema de mirar: el Efecto ZenónAephraim Steinberg, uno de los autores de aquel trabajo de 1993 y líder del actual laboratorio en la Universidad de Toronto, no quiso conformarse con esa explicación. Quería ‘preguntarle a los átomos’ de rubidio cuánto tiempo exacto había pasado el fotón interactuando con ellos.Pero en la física cuántica, observar altera lo observado. Si intentamos medir con precisión milimétrica dónde está el fotón a cada instante, impedimos que interactúe con los átomos. Es el conocido ‘efecto Zenón’ cuántico: un sistema cuántico medido constantemente se congela y no evoluciona. Volviendo a la mitología, si vigilaban demasiado a la ninfa Calipso (los átomos), le impedirían retener a Odiseo (el fotón).Una realidad innegableLa solución fue utilizar una ‘medición débil’. De modo que los científicos dispararon un láser secundario, muy tenue, a través de la nube para medir diminutos cambios de fase en la luz que indicaran si los átomos estaban excitados. Esta medición es tan imprecisa que un solo disparo no dice nada, pero al promediar millones de intentos a lo largo del tiempo, arroja un resultado increíblemente exacto sin destruir el sistema.El resultado final no dejaba lugar a dudas. El tiempo de residencia medido directamente en los átomos coincidía exactamente con el tiempo negativo sugerido por la llegada temprana del fotón. No era una simple ilusión provocada por la ‘locomotora del tren’. El valor negativo tiene un efecto físico directo, real y medible sobre la nube atómica que atraviesa.¿Significa esto que tenemos una máquina del tiempo a la vuelta de la esquina? Por desgracia, no. Como advierten los autores, todo el experimento encaja perfectamente dentro de la física estándar que ya conocemos. Pero este hito nos demuestra de forma irrefutable que el ‘tiempo negativo’ no es un simple artefacto matemático ni un error de cálculo, sino una propiedad fundamental del tejido del Universo en que nos ha tocado vivir. Aunque nadie haya conseguido aún explicar exactamente qué es el tiempo, todos tenemos más o menos claro que un segundo, un minuto, una hora o un año entero son unidades con las que los humanos ‘cuantificamos’ su paso, siempre hacia delante, siempre desde el pasado hacia el futuro. Las cosas suceden en un orden inalterable, y si recorremos, por ejemplo, cien kilómetros, siempre llegaremos a nuestro destino ‘después’ de haber salido, y nunca ‘antes’. Simplemente, el tiempo negativo no existe. O por lo menos no existe en nuestra realidad y en nuestras experiencias cotidianas. ¿O quizás sí? Porque un equipo internacional de investigadores acaba de demostrar experimentalmente que, en el desconcertante mundo de la mecánica cuántica, las partículas pueden pasar un tiempo ‘menor que cero’ interactuando con la materia. Y han logrado medir ese ‘tiempo negativo’, demostrando que se trata de algo real, y no de una característica engañosa de la luz. Los resultados acaban de publicarse en ‘ Physical Review Letters ‘.El truco de OdiseoPara explicar su hallazgo, los autores del estudio recurren a la mitología griega, tan de moda estos días tras el reciente estreno de la versión de ‘La Odisea’ de Christopher Nolan. Como nos cuenta Homero en su obra, Odiseo (Ulises) hizo un viaje épico de diez años desde Troya hasta su hogar en Ítaca. Y gran parte de ese viaje lo pasó retenido en la isla de la ninfa Calipso. Si su esposa Penélope le hubiera preguntado por ese tiempo perdido, Odiseo, para justificarlo, podría haber respondido: «Fue nada. De hecho, fue menos que nada. Pasé ‘menos cinco años’ con Calipso. ¿De qué otra forma podría haber llegado a casa después de sólo diez años? Y si no me crees, pregúntale a ella».En el mundo macroscópico, esto es un cuento de hadas, una mentira que al pobre de Ulises no le habría durado ni cinco minutos. Pero en el mundo subatómico, eso es exactamente lo que ocurre. «Resulta que las partículas cuánticas -explican los investigadores- son tan astutas como Odiseo, tal como hemos demostrado en nuestro experimento. No solo su tiempo de llegada puede sugerir que habitaron con otras partículas durante una cantidad de tiempo negativa, sino que si uno le pregunta a esas otras partículas, corroborarán la historia».Una luz en la niebla de rubidioEl nuevo experimento se basa en el uso de fotones (las partículas cuánticas que componen la luz) a los que los investigadores obligan a realizar un viaje casi imposible a través de una densa nube de átomos de rubidio.Esos átomos tienen una ‘resonancia’ con la luz. Lo que significa que la energía del fotón puede transferirse temporalmente al átomo, excitándolo. Así, el fotón ‘reside’ o ‘habita’ dentro de la nube atómica durante un breve instante antes de ser reemitido y continuar su camino. Para que esto funcione, el fotón debe tener una energía muy bien definida que coincida con la que necesita el rubidio para excitarse.Y aquí es donde entra en juego el famoso Principio de Incertidumbre de Heisenberg, según el cual resulta imposible medir simultáneamente la posición y la velocidad de una partícula, de modo que si sabemos dónde está, no podremos saber a qué velocidad iba, y si conocemos la velocidad será imposible determinar su posición. En el experimento, por tanto, si la energía del fotón es extremadamente precisa, su temporalidad debe ser incierta. Es decir, el fotón no es una pequeña bala de luz puntual, sino un ‘pulso’ de larga duración. Sabemos ‘en promedio’ cuándo entra en la nube de gas, pero no el momento exacto en que lo hace.Al disparar este fotón ‘alargado’, lo más normal es que su energía se transfiera al rubidio y luego el átomo dispare un nuevo fotón en una dirección aleatoria. Pero el fotón original se dispersa y nunca llega a su ‘Ítaca’.Llegar antes de salirSin embargo, a veces el fotón logra atravesar la nube en línea recta. Y cuando lo hace, ocurre algo que rompe los esquemas mentales más sólidos. Basándose en el tiempo promedio en que el fotón entra en la nube, los científicos pueden calcular a qué hora debería llegar al detector situado al otro lado (Itaca), asumiendo que viaja a la velocidad de la luz.Y el asombroso resultado fue que el fotón llegaba mucho antes de lo esperado. Llegaba tan rápido que, en realidad, parecía haber pasado una cantidad de ‘tiempo negativo’ dentro de la nube. En promedio, el fotón salía de la nube antes de haber entrado en ella.Este efecto no es nuevo . Se conoce desde hace décadas y ya se observó en un célebre experimento en 1993. Sin embargo, la comunidad científica decidió no tomarse en serio este ‘tiempo negativo’. ¿Por qué? Porque existía una explicación lógica y aburrida: imaginemos que el fotón es un tren de un kilómetro de largo que entra en un túnel lleno de explosivos (la nube de átomos). Si la mayor parte del tren es destruida (dispersada) y solo la locomotora logra salir, la parte sobreviviente llegará al final mucho antes que el centro del tren. Los físicos asumieron que sólo la ‘parte frontal’ del pulso de luz lograba cruzar, creando la ilusión de un tiempo negativo.El problema de mirar: el Efecto ZenónAephraim Steinberg, uno de los autores de aquel trabajo de 1993 y líder del actual laboratorio en la Universidad de Toronto, no quiso conformarse con esa explicación. Quería ‘preguntarle a los átomos’ de rubidio cuánto tiempo exacto había pasado el fotón interactuando con ellos.Pero en la física cuántica, observar altera lo observado. Si intentamos medir con precisión milimétrica dónde está el fotón a cada instante, impedimos que interactúe con los átomos. Es el conocido ‘efecto Zenón’ cuántico: un sistema cuántico medido constantemente se congela y no evoluciona. Volviendo a la mitología, si vigilaban demasiado a la ninfa Calipso (los átomos), le impedirían retener a Odiseo (el fotón).Una realidad innegableLa solución fue utilizar una ‘medición débil’. De modo que los científicos dispararon un láser secundario, muy tenue, a través de la nube para medir diminutos cambios de fase en la luz que indicaran si los átomos estaban excitados. Esta medición es tan imprecisa que un solo disparo no dice nada, pero al promediar millones de intentos a lo largo del tiempo, arroja un resultado increíblemente exacto sin destruir el sistema.El resultado final no dejaba lugar a dudas. El tiempo de residencia medido directamente en los átomos coincidía exactamente con el tiempo negativo sugerido por la llegada temprana del fotón. No era una simple ilusión provocada por la ‘locomotora del tren’. El valor negativo tiene un efecto físico directo, real y medible sobre la nube atómica que atraviesa.¿Significa esto que tenemos una máquina del tiempo a la vuelta de la esquina? Por desgracia, no. Como advierten los autores, todo el experimento encaja perfectamente dentro de la física estándar que ya conocemos. Pero este hito nos demuestra de forma irrefutable que el ‘tiempo negativo’ no es un simple artefacto matemático ni un error de cálculo, sino una propiedad fundamental del tejido del Universo en que nos ha tocado vivir.  

Aunque nadie haya conseguido aún explicar exactamente qué es el tiempo, todos tenemos más o menos claro que un segundo, un minuto, una hora o un año entero son unidades con las que los humanos ‘cuantificamos’ su paso, siempre hacia delante, siempre desde el pasado … hacia el futuro. Las cosas suceden en un orden inalterable, y si recorremos, por ejemplo, cien kilómetros, siempre llegaremos a nuestro destino ‘después’ de haber salido, y nunca ‘antes’.

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