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Por qué cada vez más físicos comienzan a pensar que el espacio y el tiempo son «ilusiones»

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Por qué cada vez más físicos comienzan a pensar que el espacio y el tiempo son «ilusiones»

El pasado mes de diciembre se concedió el Premio Nobel de Física por la confirmación experimental de un fenómeno cuántico conocido desde hace más de 80 años: el entrelazamiento. Como Albert Einstein y sus colaboradores imaginaron en 1935, los objetos cuánticos pueden estar misteriosamente correlacionados aunque estén separados por grandes distancias. Pero por extraño que parezca el fenómeno, ¿por qué una idea tan antigua aún merece el premio más prestigioso de la física?

Coincidentemente, pocas semanas antes de que los nuevos premios Nobel fueran honrados en Estocolmo, otro equipo de distinguidos científicos de Harvard, MIT, Caltech, Fermilab y Google informaron que habían realizado un proceso en la computadora cuántica de Google que podría interpretarse como un agujero de gusano. . Los agujeros de gusano son túneles a través del universo que pueden funcionar como un atajo a través del espacio y el tiempo y son amados por los fanáticos de la ciencia ficción, y aunque el túnel creado en este experimento reciente solo existe en un mundo de juguete bidimensional, podría ser un gran avance para el futuro. investigación a la vanguardia de la física.

Pero, ¿por qué el entrelazamiento está ligado al espacio y al tiempo? ¿Y cómo puede ser esto importante para futuros avances en física? Bien entendido, el entrelazamiento implica que el universo es «monista», como lo llaman los filósofos, que en el nivel más fundamental, todo en el universo es parte de un todo único y unificado. Es una propiedad definitoria de la mecánica cuántica que su realidad subyacente se describe en términos de ondas, y un universo monista requeriría una función universal. Hace ya décadas, investigadores como Hugh Everett y Dieter Zeh demostraron cómo nuestra realidad cotidiana puede surgir de una descripción tan universal de la mecánica cuántica. Pero es solo ahora que investigadores como Leonard Susskind o Sean Carroll están desarrollando ideas sobre cómo esta realidad cuántica oculta podría explicar no solo la materia sino también la estructura del espacio y el tiempo.

El entrelazamiento es más que un fenómeno cuántico extraño. Es el principio de acción lo que explica por qué la mecánica cuántica fusiona el mundo en uno y por qué experimentamos esta unidad fundamental como muchos objetos separados. Al mismo tiempo, el enredo es la razón por la que parecemos vivir en una realidad clásica. Es literalmente el cemento y el creador de los mundos. El entrelazamiento se aplica a los objetos que comprenden dos o más componentes y describe lo que sucede cuando se aplica el principio cuántico de que «cualquier cosa que pueda suceder, realmente sucede» a tales objetos compuestos. Por lo tanto, un estado entrelazado es la superposición de todas las combinaciones posibles en las que se pueden encontrar los componentes de un objeto compuesto para producir el mismo resultado general. De nuevo, es la naturaleza ondulada del dominio cuántico la que puede ayudar a ilustrar cómo funciona realmente el entrelazamiento.

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Imagina un mar cristalino perfectamente tranquilo en un día sin viento. Ahora pregúntese cómo se puede producir un plano así al superponer dos patrones de onda individuales. Una posibilidad es que la superposición de dos superficies completamente planas nuevamente dé un resultado completamente igual. Pero otra posibilidad que podría producir una superficie plana es si se superpusieran dos patrones de onda idénticos compensados ​​por medio ciclo de oscilación, de modo que las crestas de onda de un modelo aniquilaran los valles de onda del otro y viceversa. Si simplemente observáramos el océano cristalino, viéndolo como el resultado de dos oleajes combinados, no habría forma de que descubramos los patrones de los oleajes individuales. Lo que parece perfectamente ordinario cuando hablamos de ondas tiene las consecuencias más extrañas cuando se aplica a realidades en competencia. Si tu vecina te dijera que tiene dos gatos, un gato vivo y un gato muerto, eso implicaría que el primer gato o el segundo están muertos y el gato restante, respectivamente, está vivo, sería una forma extraña y morbosa. para describir a sus mascotas, y es posible que no sepas cuál de ellas es la más afortunada, pero obtendrás la deriva del vecino. Este no es el caso en el mundo cuántico. En mecánica cuántica, la misma afirmación implica que los dos gatos se fusionan en una superposición de casos, de los cuales el primer gato está vivo y el segundo muerto y el primer gato está muerto mientras que el segundo vive, pero también posibilidades donde los dos gatos están medio vivo y medio muerto, o el primer gato está vivo en un tercio, mientras que el segundo gato suma los dos tercios de vida que faltan. En una pareja cuántica de gatos, los destinos y condiciones de los animales individuales se disuelven por completo en el estado del todo. De manera similar, en un universo cuántico, no hay objetos individuales. Todo lo que existe se fusiona en un solo «Uno».

«Estoy casi seguro de que el espacio y el tiempo son ilusiones. Estas son nociones primitivas que serán reemplazadas por algo más sofisticado.

Nathan Seiberg, Universidad de Princeton

El entrelazamiento cuántico revela un vasto territorio completamente nuevo para que exploremos. Define una nueva base para la ciencia y da un vuelco a nuestra búsqueda de una teoría del todo: confiar en la cosmología cuántica en lugar de la física de partículas o la teoría de cuerdas. Pero, ¿qué tan realista es para los físicos seguir este enfoque? Sorprendentemente, no es solo realista, ya lo hacen. Los investigadores a la vanguardia de la gravedad cuántica han comenzado a rediseñar el espacio-tiempo como consecuencia del entrelazamiento. Un número creciente de científicos ha llegado a basar sus investigaciones en la inseparabilidad del universo. Hay muchas esperanzas de que, siguiendo este enfoque, finalmente puedan comprender lo que realmente son el espacio y el tiempo, en lo profundo de los cimientos.

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Ya sea que el espacio se ensamble por entrelazamiento, que la física se describa mediante objetos abstractos más allá del espacio y el tiempo o el espacio de posibilidades representado por la función de onda universal de Everett, o que todo en el universo se remonte a un solo objeto cuántico, todas estas ideas comparten un identidad diferenciada. sabor monista. En la actualidad, es difícil juzgar cuáles de estas ideas informarán el futuro de la física y cuáles eventualmente desaparecerán. Lo que es interesante es que, si bien originalmente las ideas a menudo se desarrollaron en el contexto de la teoría de cuerdas, parecen haber ido más allá de la teoría de cuerdas, y las cuerdas ya no juegan ningún papel en la mayoría de las investigaciones recientes. Un hilo común ahora parece ser que el espacio y el tiempo ya no se consideran fundamentales. La física contemporánea no parte del espacio y del tiempo y continúa con las cosas situadas en este trasfondo preexistente. En cambio, el espacio y el tiempo en sí mismos se ven como productos de una realidad de proyección más fundamental. Nathan Seiberg, uno de los principales teóricos de cuerdas del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, no está solo en sus sentimientos cuando dice: “Estoy bastante seguro de que el espacio y el tiempo son ilusiones. Estas son nociones primitivas que serán reemplazadas por algo más sofisticado. Además, en la mayoría de los escenarios que proponen espacios-tiempos emergentes, el entrelazamiento juega un papel fundamental. Como señala el filósofo de la ciencia Rasmus Jaksland, esto implica en última instancia que ya no hay más objetos individuales en el universo; que todo está vinculado a todo lo demás: “Adoptar el enredo como una relación de creación de mundos tiene el costo de abandonar la separabilidad. Pero quien esté dispuesto a dar este paso quizás deba buscar en el enredo la relación fundamental con la que constituir este mundo (y quizás todos los demás posibles). Así, cuando el espacio y el tiempo desaparecen, emerge un Uno unificado.

Cortesía de Hachette Book Group

Por el contrario, desde la perspectiva del monismo cuántico, estas alucinantes consecuencias de la gravedad cuántica no están muy lejos. Ya en la teoría de la relatividad general de Einstein, el espacio ya no es un escenario estático; más bien, proviene de las masas y la energía de la materia. Al igual que la opinión del filósofo alemán Gottfried W. Leibniz, describe el orden relativo de las cosas. Si ahora, según el monismo cuántico, sólo queda una cosa, no hay nada más que disponer ni ordenar y finalmente ya no es necesario el concepto de espacio en este nivel fundamental de descripción. Es «el Uno», un único universo cuántico que da lugar al espacio, el tiempo y la materia.

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«GR=QM», afirmó audazmente Leonard Susskind en una carta abierta a los investigadores de la ciencia de la información cuántica: la relatividad general no es más que mecánica cuántica, una teoría centenaria que se ha aplicado con gran éxito a todo tipo de cosas, pero nunca realmente. . entendido completamente. Como ha señalado Sean Carroll, «Quizás fue un error cuantificar la gravedad, y el espacio-tiempo estuvo oculto en la mecánica cuántica todo el tiempo». Para el futuro, “en lugar de cuantificar la gravedad, tal vez deberíamos tratar de gravitar la mecánica cuántica. O, de manera más específica pero menos evocadora, ‘encontrar la gravedad dentro de la mecánica cuántica’”, sugiere Carroll en su blog. De hecho, parece que si la mecánica cuántica se hubiera tomado en serio desde el principio, si se hubiera entendido como una teoría que se desarrolla no en el espacio y el tiempo sino en una realidad más fundamental de proyección, de muchos callejones sin salida en la exploración de la gravedad cuántica. podría haberse evitado. Si hubiéramos aprobado las implicaciones monistas de la mecánica cuántica, el legado de una filosofía de tres mil años que fue abrazada en la antigüedad, perseguida en la Edad Media, revivida en el Renacimiento y alterada en el romanticismo, ya en Everett y Zeh los había señalado, en lugar de apegarnos a la interpretación pragmática del influyente pionero cuántico Niels Bohr que reducía la mecánica cuántica a una herramienta, estaríamos más avanzados en desmitificar los fundamentos de la realidad.

Adaptado de The One: Cómo una vieja idea sostiene el futuro de la física por Heinrich Pas. Copyright © 2023. Disponible en Basic Books, un sello de Hachette Book Group, Inc.

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Un astronauta toma una foto vergonzosa de los desechos espaciales a bordo de la ISS

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Un astronauta toma una foto vergonzosa de los desechos espaciales a bordo de la ISS

Los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) enfrentan muchos desafíos durante su estadía a bordo del laboratorio flotante, y uno de esos desafíos es garantizar que sus pertenencias no se pierdan en el vacío del espacio.

Desafortunadamente, eso es lo que experimentaron los astronautas Jasmin Moghbeli y Loral O'Hara el 2 de noviembre de 2023, cuando una bolsa de herramientas valorada en unos 100.000 dólares se les escapó de las garras durante una caminata espacial. La bolsa de herramientas ahora está siendo rastreada desde la superficie de la Tierra mientras orbita el planeta, como se puede ver en el siguiente video tomado en Añasco, Puerto Rico, el 11 de noviembre de 2023. En particular, la bolsa de herramientas parece cambiar de brillo, lo que sugiere que está dando vueltas mientras orbita el planeta.

Además, Crew-7 fue devuelto a la superficie de la Tierra por la cápsula Crew Dragon de SpaceX y recientemente se sentó para su primera conferencia de prensa posterior al vuelo en la que el astronauta de la Agencia Espacial Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA), Satoshi Furakawa, explicó que se sintió avergonzado cuando descubrió que capturó accidentalmente la bolsa de herramientas mientras intentaba tomar una foto del monte. Fuji.

VER GALERÍA – 3 IMÁGENES

«Creo que estábamos en el nodo 1, almorzando o cenando, y Satoshi había salido a la cúpula para tomar fotografías.«, relató el comandante de la misión, el astronauta de la Agencia Espacial Europea Andreas Mogensen. «Él entra y dice: “Bueno, ya sabes, lo siento mucho, mucho, mucho. Pero ya sabes, tomé esta foto. Y todos pensábamos: “¿Qué está pasando?«

«Había logrado tomar una foto de la bolsa de herramientas mientras cruzaba el Monte Fuji.» Mogensen continuó. «Intentó tomar una foto del Monte Fuji y terminó con una foto de la bolsa de herramientas.«

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El derretimiento del hielo polar ralentiza la rotación de la Tierra y puede afectar el clima

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El derretimiento del hielo polar ralentiza la rotación de la Tierra y puede afectar el clima

El calentamiento global ha ralentizado ligeramente la rotación de la Tierra y eso podría afectar la forma en que medimos el tiempo.

Un estudio publicado el miércoles encontró que el derretimiento del hielo polar, una tendencia acelerada impulsada principalmente por el cambio climático causado por el hombre, ha provocado que la Tierra gire menos rápidamente de lo que lo haría de otra manera.

El autor del estudio, Duncan Agnew, geofísico del Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego, dijo que a medida que el hielo en los polos se derrite, cambia el lugar donde se concentra la masa de la Tierra. Este cambio a su vez afecta la velocidad angular del planeta.

Agnew comparó la dinámica con la de un patinador artístico dando vueltas sobre el hielo: “Si tienes una patinadora que comienza a girar, si baja los brazos o estira las piernas, disminuirá la velocidad”, dijo. Pero si los brazos de un patinador se tiran hacia adentro, el patinador girará más rápido.

Por lo tanto, menos hielo sólido en los polos significa más masa alrededor del ecuador, del tamaño de la Tierra.

«Lo que se hace con el hielo que se derrite es tomar agua que está congelada en lugares como la Antártida y Groenlandia, y esa agua congelada se derrite, y se mueven los fluidos a otros lugares del planeta», dijo Thomas Herring. un profesor de geofísica en el Instituto de Tecnología de Massachusetts que no participó en el nuevo estudio. «El agua fluye hacia el ecuador».

En otras palabras, el estudio sugiere que la influencia humana ha aumentado con una fuerza sobre la que académicos, astrónomos y científicos se han preguntado durante milenios, algo que durante mucho tiempo se ha considerado una constante más allá del control de la humanidad.

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«Es bastante impresionante, incluso para mí, que hayamos hecho algo que cambie de manera mensurable la velocidad de rotación de la Tierra», dijo Agnew. “Están sucediendo cosas sin precedentes. »

Su estudio, publicado en la revista Nature, sugiere que el cambio climático juega un papel suficientemente importante en la rotación de la Tierra como para contrarrestar una tendencia opuesta. Debido a una combinación de factores, la Tierra ha comenzado a girar más rápido en las últimas décadas, una tendencia temporal que ha llevado a los científicos, por primera vez, a considerar restar un solo «segundo intercalar negativo» de los relojes de todo el mundo ya en 2026. La presencia de hielo polar ha retrasado esta posibilidad unos tres años, según Agnew.

Si las organizaciones de cronometraje finalmente deciden agregar un segundo intercalar negativo, el ajuste podría interrumpir las redes informáticas.

Una vista de la Tierra capturada por el satélite Deep Space Climate Observatory.NASA

La razón por la que los ajustes del segundo intercalar han sido históricamente necesarios es que incluso sin cambio climático, la rotación diaria de la Tierra ha tendido a disminuir a lo largo de millones de años, aunque pueda parecer constante.

Hace unos 70 millones de años, los días eran más cortos y duraban unas 23,5 horas, según un estudio de 2007. La paleoceanografía y la paleoclimatología sugieren. Esto significa que los dinosaurios del Cretácico vivieron un planeta con 372 días al año.

Varios factores clave afectan la rotación del planeta, a veces trabajando en oposición.

La fricción de las mareas oceánicas, debida en parte a la atracción gravitacional de la Luna, ralentiza la rotación de la Tierra. Mientras tanto, desde la última edad de hielo, la corteza terrestre ha aumentado en algunas zonas en respuesta al peso de las capas de hielo que están desapareciendo. Este efecto cambia la distribución de masa y acelera la rotación del planeta. Ambos procesos son bastante constantes y tienen tasas predecibles.

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Otro factor más es el movimiento del fluido en el núcleo interno líquido de la Tierra, un comodín que puede acelerar o disminuir la velocidad de rotación de la Tierra, dijo Agnew. Las fluctuaciones en el núcleo de la Tierra son una de las principales razones por las que el planeta ha girado más rápido de lo esperado en las últimas décadas.

Esta rotación más rápida ha llevado a los cronometradores a preguntarse (por primera vez desde la adopción oficial del Tiempo Universal Coordinado en la década de 1960) si no sería prudente restar un segundo intercalar para mantener el Tiempo Universal sincronizado con la rotación de la Tierra.

Pero el derretimiento del hielo polar está contrarrestando esta tendencia y ha impedido cualquier decisión sobre si agregar o no un segundo intercalar negativo. Según las estimaciones de Agnew, esta posibilidad se pospondrá de 2026 a 2029, si se mantiene el actual ritmo de rotación de la Tierra.

A medida que el cambio climático se intensifica, los investigadores esperan que el derretimiento del hielo tenga un efecto aún más profundo en la rotación del planeta.

«Su contribución será mayor a medida que pase el tiempo y se acelere el derretimiento, como esperamos», dijo Herring. Añadió que el nuevo estudio fue un análisis profundo y sólido que combina investigaciones de varias disciplinas científicas.

La necesidad de que los cronometradores ajusten el tiempo universal para seguir el ritmo de la rotación de la Tierra no es un fenómeno nuevo. Pero históricamente, esto implicó agregar segundos intercalares al estándar común para los relojes cuando la desaceleración de la rotación de la Tierra hizo que el tiempo astronómico se retrasara respecto del tiempo atómico (que se mide por la vibración de los átomos en los relojes atómicos).

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Sumar o restar segundos intercalares es doloroso porque potencialmente puede alterar los sistemas de transmisión por satélite, financieros y energéticos que dependen de una sincronización extremadamente precisa. Por culpa de eso, Los cronometradores mundiales votaron en 2022 para eliminar el segundo intercalar sumas y restas para 2035 y permitir que el tiempo universal se aleje de la velocidad de rotación de la Tierra.

«Desde aproximadamente el año 2000, ha habido un esfuerzo por eliminar los segundos intercalares», dijo Agnew.

Independientemente de si los relojes cambian, la idea de que el derretimiento del hielo polar afecta la rotación de la Tierra muestra cuán importante se ha vuelto este problema. Las investigaciones ya han delineado el profundo impacto que tendrá la pérdida de hielo en las comunidades costeras.

Los científicos esperan que el aumento del nivel del mar se acelere a medida que el clima se calienta, un proceso que continuará durante cientos de años. El año pasado, destacados investigadores polares advirtieron en un informe que partes de las principales capas de hielo podrían colapsar y que las comunidades costeras deberían prepararse para un aumento del nivel del mar de varios metros. Si la humanidad permite que la temperatura global promedio aumente 2 grados Celsius, el planeta podría enfrentar un aumento del nivel del mar de más de 40 pies.

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