A lo largo de los tiempos, la humanidad siempre se ha sentido fascinada por la idea de viajar en el tiempo. Desde los antiguos mitos y leyendas hasta la ciencia ficción moderna, la posibilidad de cambiar el pasado o mirar hacia el futuro sigue fascinando nuestra imaginación. Sin embargo, ahora que la ciencia y la tecnología han alcanzado niveles sin precedentes, la cuestión de si viajar en el tiempo es realmente posible sigue siendo uno de los aspectos más fascinantes y misteriosos. La comunidad científica sigue explorando la naturaleza del tiempo, realizando experimentos y desarrollando teorías, pero aún no está claro si es posible viajar realmente al pasado o al futuro desde la perspectiva de la física moderna y qué riesgos se esconden tras esa posibilidad.

El viaje en el tiempo es la idea del movimiento hipotético de un objeto, persona o información a través de diferentes momentos en el tiempo. El concepto incluye diversas variantes de sucesos, como: viajar al pasado e interactuar con sucesos que ya han ocurrido; viajar al futuro -avanzar en el tiempo e interactuar con sucesos que aún no han ocurrido-; líneas temporales -la idea de que el viaje en el tiempo puede crear diferentes ramas de la realidad o líneas temporales paralelas, en las que cada realidad corresponde a elecciones y sucesos diferentes, o curvas temporales cerradas-, un enfoque teórico que asume la existencia de una realidad diferente, o la existencia de una línea temporal diferente, o curvas temporales cerradas^[1] .

Revolucionarias en el contexto de los viajes en el tiempo fueron las teorías de la relatividad especial y general de Einstein. De ellas surgieron los conceptos de espacio-tiempo y curva temporal cerrada. El sistema fundamental del espacio-tiempo considera el espacio y el tiempo como elementos interrelacionados de un único continuo en el que cada acontecimiento puede describirse mediante cuatro coordenadas: longitud, anchura, altura y tiempo, y está sujeto a fuerzas gravitatorias. El espacio-tiempo se ha convertido en un concepto clave de la física moderna, desde la teoría de la relatividad general hasta la mecánica cuántica^[2] .

El concepto de curva temporal cerrada puede concebirse como un bucle temporal que describe la trayectoria de un hipotético observador que, viajando siempre a través del tiempo desde su propio punto de vista, en algún momento se encuentra en el mismo lugar y tiempo de los que partió. Una curva de este tipo puede crear posibles paradojas temporales, contradicciones lógicas que surgen como consecuencia de sucesos pasados que cambian o entran en conflicto entre sí como resultado del viaje en el tiempo^[3] .

Nuestro viaje común a través del tiempo

Representación gráfica de una curva temporal cerrada^[4]

Ahora mismo ya estamos viajando en el tiempo hacia nuestro futuro próximo a la velocidad de un segundo por segundo. La teoría especial de la relatividad de Einstein, en la que se basa gran parte de la física moderna, afirma que el paso del tiempo depende de la velocidad a la que se viaja. Cuanto más rápido se viaja, más despacio transcurren los segundos.  Un observador que viaje a una velocidad cercana a la de la luz experimentará el tiempo con todos sus efectos (aburrimiento, envejecimiento, etc.) mucho más lentamente que un observador en reposo^[5] . Por otra parte, la otra teoría de Einstein, la teoría de la relatividad general, afirma que la gravedad tiene un efecto sobre el paso del tiempo: cuanto más fuerte es la gravedad en las proximidades, más lentamente transcurre el tiempo^[6] .

Estas dos teorías fundamentales quedan perfectamente ilustradas con el ejemplo del sistema de posicionamiento global GPS. Con el GPS, conocemos nuestra posición exacta comunicándonos con satélites situados en órbita terrestre alta. Los satélites orbitan el planeta a una velocidad de 14.000 km/h y a una distancia de más de 20.000 kilómetros. Según la teoría especial de la relatividad, los satélites se mueven mucho más rápido que los aparatos terrestres a los que transmiten datos y el tiempo pasa más despacio para ellos.

Para los satélites GPS con relojes atómicos, este efecto se reduce en 7 microsegundos, o 7 millonésimas de segundo, cada día.  Pero según la teoría general de la relatividad, los relojes más cercanos al centro de una gran masa gravitatoria como la Tierra marcan más despacio que los más alejados. Así pues, los relojes de los satélites GPS van más deprisa porque están mucho más lejos del centro de la Tierra que los relojes de la superficie, y la corrección es de 45 microsegundos más para los relojes de los satélites GPS cada día. Recordemos los 7 microsegundos negativos del cálculo de la teoría especial de la relatividad y obtendremos 38 microsegundos más en los relojes de los satélites GPS.

Los relojes atómicos a bordo no cambiarán al día siguiente hasta 38 microsegundos más tarde que un reloj similar en la Tierra. Este adelanto en el tiempo parece insignificante pero, dada la ultraprecisión de la tecnología GPS actual, marca la diferencia^[7] . El Gran Colisionador de Hadrones ha enviado regularmente partículas subatómicas hacia el futuro, acelerándolas hasta casi la velocidad de la luz, con lo que su tiempo relativo se desplaza 6700 veces más despacio que el de los observadores humanos estacionarios.

Si trasladamos esta idea a las personas como concepto y nivelamos el componente de ingeniería, podemos suponer que viajar al futuro es bastante posible. Supongamos que una persona se sube a una nave espacial capaz de alcanzar el 99,995% de la velocidad de la luz y se dirige a un cuerpo celeste situado a 500 años luz: el viaje durará 500 años, y se necesitará el mismo tiempo para regresar. Sumando 1000 años, el viajero se encuentra de vuelta en la Tierra en el año 3024. Pero la velocidad de este viaje ralentizaría su reloj interno en un factor de 100 en comparación con el tiempo terrestre, y el viajero sólo envejecería 10 años. Pero hay una enorme distancia entre lo que es teóricamente posible y lo que es real^[8] . Hasta ahora, la nave espacial más rápida sólo es capaz de viajar a 635.000 km/h, mientras que la velocidad de la luz es de 1.079.252.848,8 km/h, por lo que sólo podremos viajar, en el mejor de los casos, a poco más del 0,06% de la velocidad de la luz^[9] .

Paradojas del pasado

Representación gráfica del tiempo en el universo^[10]

Las opciones teóricas para viajar en el tiempo abundan, pero suelen implicar paradojas insalvables y se basan en extravagantes construcciones teóricas como agujeros de gusano, agujeros negros y cuerdas cósmicas (que pueden no existir realmente). La teoría general de la relatividad predice la existencia de “agujeros de gusano”, una especie de túnel en el espacio-tiempo que conecta un punto de una galaxia con otro.

Esta idea se basa en el concepto de agujero negro y deformación gravitatoria. Los científicos han sugerido que si un agujero negro es una región del espacio-tiempo donde la atracción gravitatoria es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar de allí, es decir, actúa esencialmente como un vacío, succionando toda la materia, entonces teóricamente también existe un “agujero blanco” que actúa como una fuente que expulsa materia^[11] . Mientras que los agujeros negros nunca dejan salir nada, los agujeros blancos nunca dejan entrar nada, y para crear un agujero de gusano basta con tomar un agujero negro y un agujero blanco y conectarlos para formar un túnel entre ellos.

Pero incluso si uno imagina teóricamente la existencia de un “agujero de gusano” de este tipo, es muy difícil predecir hasta qué punto sería “seguro” y qué le ocurriría a la partícula que se encontrara en él y si no se colapsaría instantáneamente bajo la influencia de la gravedad. Según los científicos, para estabilizar un agujero de este tipo se necesitaría una forma de materia con masa negativa^[12] . Y de todo este agujero de gusano hipotéticamente posible que podría ser un portal en el espacio-tiempo teóricamente probado sólo está la existencia de un agujero negro, el agujero blanco y la materia con masa negativa siguen siendo sólo una hipótesis, que está permitida por la teoría de la relatividad^[13] .  

La idea del viaje en el tiempo según las teorías de la relatividad tropieza a menudo con diversas paradojas que provocan contradicciones lógicas o temporales. Estas paradojas subrayan la complejidad y ambigüedad de la idea del viaje en el tiempo y se debaten en la física teórica y la filosofía. Por ejemplo, la “paradoja del abuelo” considera una situación en la que uno viaja atrás en el tiempo y cambia algo, por ejemplo matando al abuelo antes del nacimiento del padre. Se trata de entender cómo afecta esto a la propia existencia. Si tu progenitor no nace, en consecuencia tú tampoco existirás y no podrás retroceder en el tiempo. La “paradoja de Grundy” describe una situación en la que retrocedes en el tiempo para evitar la muerte de tu abuelo y hacer posible tu propia existencia. Sin embargo, si tu abuelo no ha muerto, ¿por qué querrías viajar atrás en el tiempo?

O tenemos, por ejemplo, la llamada “paradoja de la información”: si se envía información del pasado al futuro, ¿puede esta información cambiar el curso de los acontecimientos de modo que el futuro desde el que se envió no se produzca? Esta paradoja tiene que ver con la posibilidad de cambiar el futuro con información del futuro^[14] . En cualquier caso, desde un punto de vista lógico, todas las paradojas sugieren que cualquier cambio en el pasado afectará necesariamente al futuro.

En la intersección de dos teorías

Los agujeros de gusano siguen siendo objeto de la ciencia ficción actual^[15]

Mientras que la teoría de la relatividad describe el comportamiento de objetos grandes como personas, cuerpos celestes e incluso galaxias, la mecánica cuántica describe partículas muy pequeñas como electrones y fotones. A estas escalas subatómicas, la física opera de formas que confunden nuestra intuición. Según la modelización matemática de un joven científico de la Universidad de Queensland (Australia), basada en los postulados de la dinámica clásica, según la cual disponer de datos sobre el estado de un sistema en un momento determinado puede contar toda la historia del sistema, viajar al pasado es posible sin paradojas^[16] .

El científico estudia los efectos de ciertos procesos no aleatorios en múltiples regiones del continuo espacio-tiempo y muestra cómo las curvas temporales cerradas pueden ajustarse a los principios del libre albedrío y la física clásica^[17] . Su trabajo demuestra que el espacio-tiempo puede adaptarse potencialmente para evitar paradojas. En pocas palabras, si un viajero en el tiempo piensa que está impidiendo o cambiando algo con cualquier acción, el sistema reaccionará de tal manera que los acontecimientos se ajustarán para ser lógicamente compatibles con cualquier acción realizada por el viajero en el tiempo, con el fin de evitar paradojas y alterar el futuro. No importa lo que uno haga o cuánto se esfuerce, los acontecimientos importantes se ajustarán para evitar cualquier incoherencia^[18] .

Un equipo de la Universidad de Cambridge realizó un “experimento mental” que modifica a posteriori acontecimientos pasados, lo que demuestra un viaje en el tiempo eficaz, pero a nivel cuántico^[19] . Los científicos utilizaron el principio del entrelazamiento cuántico, un fenómeno que describe el estado de dos o más objetos cuánticos, en el que sus propiedades se vuelven interdependientes hasta tal punto que resulta imposible describir el estado de cada objeto por separado, independientemente de la distancia que los separe. Esto significa que un cambio en el estado de uno de los “objetos enredados” afecta instantáneamente al estado del otro objeto, a pesar de la distancia física que los separa^[20] .

La física cuántica es siempre un poco confusa; este fenómeno puede entenderse con el ejemplo de los relojes de bolsillo. Para entenderlo mejor, imagine que ha compartido un par de relojes de bolsillo que se confunden: un ejemplar está en su posesión y el otro se lo ha enviado a su amigo al otro lado del planeta. Cuando compruebas la hora en tu reloj y ves que marca las 12:00, sabes inmediatamente que el reloj de tu amigo también marcará las 12:00, aunque la distancia entre los relojes sea enorme.

En sus simulaciones, el equipo de investigadores modelizó primero el entrelazamiento de dos partículas y luego envió una de ellas para utilizarla en un experimento. Una vez finalizado el experimento, los científicos dispusieron de nueva información que les llevó a actuar de forma diferente. En lugar de conformarse con un resultado insatisfactorio o rehacer por completo el experimento, manipularon la segunda partícula para modificar el estado pasado de la primera y cambiar el resultado del experimento. Incluso esta simulación de modificación del pasado no está exenta de errores, ya que el experimento modifica el pasado con la nueva información sólo un 25% de las veces^[21] . Así que, en cualquier caso, más a menudo que no.

Un resultado más que suficiente para que quienes promueven la investigación científica, tanto en el sector público como en el privado, especialmente en el ámbito militar, inviertan energía, conocimientos técnicos y grandes sumas de dinero para continuar esta investigación, cuya justificación oficial, en los países occidentales, es encontrar una solución para que los viajes interestelares sean posibles y accesibles en un plazo razonable[22] .

Jugar con la luz

Ilustración de la plataforma experimental utilizada para realizar la reflexión temporal^[23]

La física de las ondas también tiene algo que decir sobre los viajes en el tiempo. Investigadores de la City University de Nueva York han demostrado un gran avance en la creación de reflejos temporales basados en la luz. La reflexión espacial habitual de la luz se produce cuando el flujo luminoso encuentra en su camino materia con propiedades ópticas distintas de las del aire, lo que provoca que se refleje, como una pelota de ping-pong que rebota en una pared. Pero si se modifican las propiedades ópticas no en puntos concretos del espacio, sino a lo largo de toda la trayectoria del haz luminoso, en un momento determinado, el chorro de luz rebotará en el tiempo, repitiendo sus trazos, como una pelota de ping-pong que regresa al último jugador que la golpeó, demostrando así el concepto de reflexión temporal.

Los científicos utilizaron un material especial llamado mate, que consiste en matrices de varillas o anillos microscópicos[24] que pueden configurarse para interactuar con la luz y manipularla, cambiando las propiedades ópticas del material en una fracción de nanosegundo. Un ejemplo de estas propiedades estructurales se encuentra también en la naturaleza, por ejemplo en la iridiscencia brillante del ala de una mariposa. Utilizando una guía de ondas que transmite luz de microondas, los científicos modificaron dinámicamente las propiedades de la guía, creando efectos de reflexión en el tiempo.

Este experimento reveló efectos insólitos, como el cambio de color y frecuencia de la luz y la inversión de los componentes temporales. Es como si uno se mirara en un espejo pero viera la parte posterior de su cabeza, que también podría parecer de otro color. El estudio también señala que los rayos de luz que chocan en este proceso se comportan de una manera inusual. Normalmente, la luz se comporta como una onda o un proyectil puntual. Este experimento demostró que, en la reflexión en el tiempo, la luz puede comportarse de ambas formas, dependiendo de cómo colisionen las ondas, lo que da a los científicos la capacidad de controlar la energía de las interacciones de las ondas. Esta investigación tiene implicaciones potenciales para el desarrollo de nuevas tecnologías y la comprensión de aspectos fundamentales de la física, pero no nos impulsa hacia el pasado o el futuro^[25] .

El uso de metamateriales y la interacción de efectos ópticos abren nuevas posibilidades en la física de la interacción entre luz y materia. Científicos del Imperial College de Londres han logrado crear un análogo de laboratorio de un metamaterial que recoge y comprime fotones; este tipo de compresor de fotones comparte las características de los agujeros negros^[26] .

Un resultado sorprendente. Sin embargo, la idea del viaje en el tiempo descansa sobre dos pilares: la relatividad y la mecánica cuántica, que, aunque funcionan muy bien para algunos aspectos del universo, son incompatibles en el contexto del viaje en el tiempo. Casi todos los experimentos son teóricos y sólo funcionan sobre el papel en forma de fórmulas y cálculos. Por tanto, es importante darse cuenta de que los nuevos descubrimientos y modelos teóricos de la interacción entre la materia y el espacio-tiempo no significan que el viaje en el tiempo vaya a hacerse realidad. Ciertamente, estos conceptos tienen el potencial de ampliar nuestra comprensión de la estructura del tiempo, pero los pasos reales hacia el viaje físico en el tiempo siguen siendo actualmente una cuestión de pura fantasía y especulación científica, más que una posibilidad real demostrable.

UK033

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^[1] https://medium.com/@ki90grq8y/es-posible-el-viaje-en-el-tiempo-4edff90f1fa5 

^[2] https://www.ixbt.com/live/offtopic/chetyrehmernaya-vselennaya-kak-ee-ponyat-i-kak-predstavit-chto-vremya-eto-prostranstvo.html

^[3] https://medium.com/@ki90grq8y/es-posible-el-viaje-en-el-tiempo-4edff90f1fa5 

^[4] https://www.scientificamerican.com/article/time-travel-simulation-resolves-grandfather-paradox/

^[5] https://www.amnh.org/exhibitions/einstein/time/a-matter-of-time

^[6] https://www.bbc.com/future/article/20231110-doctor-who-is-time-travel-really-possible-heres-what-physics-says

^[7] https://www.space.com/21675-time-travel.html

^[8] https://www.popularmechanics.com/science/math/a20718322/building-a-time-machine/

^[9] https://overclockers.ru/blog/Fantoci/show/114846/solnechnyj-zond-nasa-parker-ustanovil-esche-odin-rekord-skorosti-635-000-km-chas

^[10] https://mir24.tv/news/16506175/fizik-priznal-puteshestviya-vo-vremeni-vozmozhnymi

^[11] https://www.physicsoftheuniverse.com/topics_blackholes_wormholes.html

^[12] https://www.livescience.com/what-are-wormholes

^[13] https://www.livescience.com/wormholes-may-be-stable-after-all

^[14] https://ru.sputnik.kg/20230409/legche-v-buduschee-chem-v-proshloe-paradoksy-puteshestviy-vo-vremeni-1074202249.html

^[15] https://www.independent.co.uk/news/science/the-big-question-is-time-travel-possible-and-is-there-any-chance-that-it-will-ever-take-place-779761.html

^[16] https://www.uq.edu.au/news/article/2020/09/young-physicist-squares-numbers%E2%80%99-time-travel

^[17] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/aba4bc/pdf

^[18] https://www.sciencealert.com/physicist-discovers-paradox-free-time-travel-is-theoretically-possible

^[19] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.150202

^[20] https://habr.com/ru/articles/765480/

^[21] https://thedebrief.org/scientists-successfully-simulate-backward-time-travel-with-a-25-chance-of-actually-changing-the-past/

[22] https://www.quora.com/How-can-we-solve-the-problem-of-Interstellar-travel-time-and-distance-limitations-for-human-exploration-of-other-planets-in-our-Galaxy

^[23] https://spectrum.ieee.org/time-reversal-interface

[24] Un sistema complejo de datos: https://en.wikipedia.org/wiki/Array_(data_structure)

^[25] https://www.scientificamerican.com/article/light-can-travel-backward-in-time-sort-of/ , https://www.nature.com/articles/s41567-023-01975-y.epdf?sharing_token=VdRKZY-D7oEepAbkw7kbIdRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0P-Y1zeDeMZfN0XstvlFFPW623hzPpIf8TQ2PzpcixbQoiW0atH7fNn9OhbtvBWndwFiU9NzNt2vqXs29TWwJ-qND8EypHgsNnqb38-RxBpB1oNk_11u81xb1KQ-Y3OP_IaAeRdfVJmhM6kb5Qxx5BcdioHqYLncqIohrObW9aaVIHPDKi4vYhAZzKn8PWpedA%3D&tracking_referrer=www.scientificamerican.com 

^[26] https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-9-7-724&id=477398