Física de lo imposible (32 page)

Pero Feynman planteó entonces una idea desconcertante. ¿Qué sucede si los alienígenas extienden en su lugar la mano izquierda? Esto significa que hemos cometido un error fatal, que hemos fracasado en comunicar el concepto de «izquierda» y «derecha». Peor aún, significa que el alienígena está hecho realmente de antimateria, y que él realizó todos los experimentos al revés, y con ello mezcló «izquierda» y «derecha». Significa que cuando nos demos la mano, ¡explotaremos!

Esto es lo que sabíamos hasta los años sesenta. Era imposible distinguir nuestro universo de un universo en el que todo estuviera hecho de antimateria y con paridad invertida. Si se cambiaran
a la vez
la paridad y la carga, el universo resultante obedecería a las leyes de la física. La paridad por sí sola se violaba, pero carga y paridad seguían siendo una buena simetría del universo. Así, un universo CP-invertido seguía siendo posible.

Esto significaba que si estuviéramos hablando con los alienígenas por teléfono, no podríamos decirles la diferencia entre un universo ordinario y uno en el que estuvieran invertidas paridad y carga (es decir, izquierda y derecha están intercambiadas, y toda la materia se ha convertido en antimateria).

Luego, en 1964, los físicos recibieron una segunda conmoción: el universo CP-invertido no puede existir. Analizando las propiedades de partículas subatómicas, sigue siendo posible decir la diferencia entre izquierda-derecha, sentido horario-sentido antihorario, si uno está hablando por radio a otro universo CP-invertido. Por este resultado, James Cronin y Val Fitch ganaron el premio Nobel en 1980.

(Aunque muchos físicos quedaron contrariados cuando se demostró que el universo CP-invertido es incompatible con las leyes de la física, visto en retrospectiva el descubrimiento fue una buena cosa, como discutimos antes. Si el universo CP-invertido fuera posible, entonces el big bang original habría implicado precisamente la misma cantidad de materia y antimateria, y con ello habría tenido lugar una aniquilación del ciento por ciento y nuestro átomos no habrían sido posibles. El hecho de que existimos como un residuo de la aniquilación de cantidades desiguales de materia y antimateria es una prueba de la violación CP).

¿Son posibles antiuniversos invertidos? La respuesta es sí. Incluso si no son posibles universos con paridad invertida y carga invertida, un antiuniverso es aún posible, pero sería extraño. Si invirtiéramos las cargas, la paridad y el sentido del tiempo, entonces el universo resultante obedecería a todas las leyes de la física. El universo CPT-invertido está permitido.

La inversión del tiempo es una simetría extraña. En un universo T-invertido, los huevos fritos saltan del plato, se rehacen en la sartén y luego entran de nuevo en la cascara, sellando las grietas. Los cadáveres reviven, se hacen más jóvenes, se convierten en niños y luego entran en el vientre de la madre.

El sentido común nos dice que el universo T-invertido no es posible. Pero las ecuaciones matemáticas de las partículas subatómicas nos dicen lo contrario. Las leyes de Newton funcionan perfectamente hacia atrás o hacia delante. Imaginemos que estamos viendo un vídeo de una partida de billar. Cada colisión de las bolas obedece a las leyes de movimiento de Newton; pasar hacia atrás la cinta de video produciría un juego extraño, pero está permitido por las leyes de Newton.

En la teoría cuántica las cosas son más complicadas. La T-inversión por sí sola viola las leyes de la mecánica cuántica, pero el universo CPT-invertido está permitido. Esto significa que un universo en el que izquierda y derecha están invertidas, la materia se convierte en antimateria y el tiempo corre hacia atrás es un universo plenamente aceptable que obedece a las leyes de la física.

(
Irónicamente, no podemos comunicar con un mundo CPT-invertido semejante. Si el tiempo corre hacia atrás en su planeta, eso significa que todo lo que le digamos por radio será parte de su futuro, de modo que ellos olvidarían todo lo que les dijéramos en cuanto lo hiciéramos. Así, incluso si el universo CPT-invertido está permitido por las leyes de la física, no podemos hablar por radio con ningún alienígena CPT-invertido).

En resumen, los motores de antimateria pueden darnos una posibilidad realista para impulsar una nave estelar en el futuro lejano, si pudiera producirse suficiente antimateria en la Tierra o si se encontrara en el espacio exterior. Hay un ligero desequilibrio entre materia y antimateria debido a la violación CP, y esto puede significar a su vez que aún existen bolsas de antimateria y pueden recogerse.

Pero debido a las dificultades técnicas implicadas en los motores de antimateria, se puede tardar un siglo o más en desarrollar esta tecnología, lo que la hace una imposibilidad de clase I.

Pero abordemos otra pregunta: ¿serán posibles naves estelares más rápidas que la luz a miles de años en el futuro? ¿Hay alguna vía de escape del famoso dictum de Einstein de que «Nada puede ir a más velocidad que la luz»? La respuesta, sorprendentemente, es sí.

Es perfectamente imaginable que [la vida] se difundirá finalmente por la galaxia y más allá. De modo que la vida no puede ser para siempre una modesta traza contaminante del universo, incluso si ahora lo es. De hecho, yo encuentro esto una idea bastante atractiva.

S
IR
M
ARTIN
R
EES
, astrónomo real

Es imposible viajar a velocidad mayor que la de la luz, y desde luego no es deseable, porque hay que sujetarse el sombrero.

W
OODY
A
LLEN

En
La guerra de las galaxias
, cuando el
Halcón Milenario
despega del planeta desierto Tatooine, llevando a nuestros héroes Luke Skywalker y Han Solo, la nave encuentra un escuadrón de amenazadores cruceros imperiales en órbita alrededor del planeta. Los cruceros del Imperio lanzan contra la nave de nuestros héroes una andanada de rayos láser que poco a poco atraviesan sus campos de fuerza.
El Halcón Milenario
no puede hacerles frente. Intentando defenderse de este fulminante fuego láser, Hans Solo grita que su única esperanza es saltar al «hiperespacio». En el momento oportuno los motores de hiperimpulso cobran vida. Todas las estrellas que les rodean implosionan de repente hacia el centro de su pantalla de visión en convergentes y cegadoras ráfagas de luz. Se abre un agujero por el que pasa el Halcón Milenario, que alcanza así el hiperespacio y la libertad.

¿Ciencia ficción? Sin duda. Pero ¿podría estar basada en un hecho científico? Quizá. Viajar más rápido que la luz ha sido siempre un ingrediente de la ciencia ficción, pero recientemente los físicos han reflexionado muy en serio sobre esta posibilidad.

Según Einstein, la velocidad de la luz es el límite último para las velocidades en el universo. Ni siquiera nuestros más potentes colisionadores de átomos, que pueden generar energías que solo se encuentran en el centro de estrellas en explosión o en el propio big bang, pueden lanzar partículas subatómicas a una velocidad mayor que la de la luz. Al parecer, la velocidad de la luz es el último policía de tráfico del universo. Si es así, parece desvanecerse cualquier esperanza de llegar a las galaxias lejanas.

O quizá no...

En 1902 no era ni mucho menos obvio que el joven físico Albert Einstein llegaría a ser aclamado como el físico más grande desde Isaac Newton. De hecho, ese año representó el momento más bajo en su vida. Recién doctorado, fue rechazado para un puesto docente por todas las universidades en las que lo solicitó. (Más tarde descubrió que su profesor Heinrich Weber le había escrito horribles cartas de recomendación, quizá en venganza porque Einstein no había asistido a muchas de sus clases). Además, la madre de Einstein se oponía violentamente a su novia, Mileva Maric, que estaba embarazada. Su primera hija, Lieserl, nacería como hija ilegítima. El joven Einstein también fracasó en los trabajos ocasionales que ocupó. Incluso su trabajo de tutor mal pagado terminó abruptamente cuando fue despedido. En sus deprimentes cartas contemplaba la posibilidad de hacerse viajante para ganarse la vida. Incluso escribió a su familia que quizá habría sido mejor que no hubiera nacido, puesto que era mucha carga para ellos y no tenía ninguna perspectiva de éxito en la vida. Cuando su padre murió, Einstein se sintió avergonzado de que su padre hubiera muerto pensando que su hijo era un fracasado total.

Pero ese mismo año iba a cambiar la suerte de Einstein. Un amigo le consiguió un trabajo como funcionario de la Oficina de Patentes suiza. Desde esa modesta posición, Einstein iba a lanzar la mayor revolución en la historia moderna. Analizaba rápidamente las patentes que llegaban a su mesa de trabajo y luego pasaba horas reflexionando sobre problemas de física que le habían intrigado desde que era un niño.

¿Cuál era el secreto de su genio? Quizá una clave de su genio era su capacidad para pensar en términos de imágenes físicas (por ejemplo, trenes en movimiento, relojes acelerados, tejidos dilatados) en lugar de puras matemáticas. Einstein dijo en cierta ocasión que una teoría es probablemente inútil a menos que pueda ser explicada a un niño; es decir, la esencia de una teoría tiene que ser captada en una imagen física. Por eso muchos físicos se pierden en una maraña de matemáticas que no llevan a ninguna parte. Pero como Newton antes que él, Einstein estaba obsesionado por la imagen física; las matemáticas vendrían más tarde. Para Newton la imagen física fue la manzana que cae y la Luna. ¿Eran las fuerzas que hacían caer una manzana idénticas a las fuerzas que guiaban a la Luna en su órbita? Cuando Newton decidió que la respuesta era sí, creó una arquitectura matemática para el universo que repentinamente desveló el mayor secreto de los cielos, el movimiento de los propios cuerpos celestes.

Albert Einstein propuso su celebrada teoría de la relatividad especial en 1905. En el corazón de su teoría había una imagen que incluso los niños pueden entender. Su teoría fue la culminación de un sueño que había tenido desde los dieciséis años, cuando se planteó la pregunta: ¿qué sucede cuando uno alcanza a un rayo de luz? Cuando era joven, Einstein sabía que la mecánica newtoniana describía el movimiento de objetos en la Tierra y en los cielos, y que la teoría de Maxwell describía la luz. Eran los dos pilares de la física.

La esencia del genio de Einstein era que reconoció que estos dos pilares estaban en conflicto. Uno de ellos debía fallar.

Según Newton, uno siempre puede alcanzar a un rayo de luz, puesto que no hay nada especial en la velocidad de la luz. Esto significaba que el rayo de luz debía parecer estacionario cuando uno corría a su lado. Pero de joven Einstein comprendió que nadie había visto nunca una onda luminosa que fuera totalmente estacionaria, es decir, como una onda congelada. Aquí la teoría de Newton no tenía sentido.

Finalmente, como estudiante universitario en Zurich que estudiaba la teoría de Maxwell, Einstein encontró la respuesta. Descubrió algo que ni siquiera Maxwell sabía: que la velocidad de la luz era una constante, con independencia de lo rápido que uno se moviera. Si uno corre al encuentro de un rayo de luz o alejándose de él, este seguirá viajando a la misma velocidad, pero eso viola el sentido común. Einstein había encontrado la respuesta a la pregunta de su infancia: uno nunca puede correr a la par con un rayo de luz, puesto que este siempre se aleja a velocidad constante, por mucho que uno corra.

Pero la mecánica newtoniana era un sistema con fuertes ligaduras internas: como sucede cuando se tira de un cabo suelto, la teoría entera podía deshacerse si se hacía el más mínimo cambio en sus hipótesis. En la teoría de Newton el tiempo corría a un ritmo uniforme en todo el universo. Un segundo en la Tierra era idéntico a un segundo en Venus o en Marte. Asimismo, varas de medir colocadas en la Tierra tenían la misma longitud que varas de medir colocadas en Plutón. Pero si la velocidad de la luz era siempre constante por muy rápido que uno se moviera, sería necesario un cambio importante en nuestra comprensión del espacio y el tiempo. Tendrían que ocurrir distorsiones profundas del espacio y el tiempo para conservar la constancia de la velocidad de la luz.

Según Einstein, si uno estuviese en una nave a gran velocidad, el paso del tiempo dentro del cohete tendría que frenarse con respecto a alguien en la Tierra. El tiempo late a ritmos diferentes, dependiendo de con qué rapidez se esté uno moviendo. Además, el espacio dentro del cohete se comprimiría, de modo que las varas de medir podrían cambiar de longitud, dependiendo de la velocidad. Y la masa del cohete también aumentaría. Si miráramos el interior del cohete con nuestros telescopios, veríamos que los relojes de su interior marchaban lentamente, la gente se movía con movimiento lento y parecían achatados.

De hecho, si el cohete estuviera viajando a la velocidad de la luz, el tiempo se detendría aparentemente dentro del cohete, este se comprimiría hasta casi desaparecer y la masa del cohete se haría infinita; como ninguna de estas observaciones tiene sentido, Einstein afirmó que nada puede romper la barrera de la luz. (Puesto que un objeto se hace más pesado cuanto más rápido se mueve, esto significa que la energía de movimiento se está convirtiendo en masa. La cantidad exacta de energía que se convierte en masa es fácil de calcular, y llegamos a la celebrada ecuación
E = mc
2
en solo unas líneas).

Desde que Einstein derivó su famosa ecuación, millones de experimentos, literalmente, han confirmado sus revolucionarias ideas. Por ejemplo, el sistema GPS, que puede localizar la posición en la Tierra con un error de solo unos pocos metros, fallaría a menos que se añadan correcciones debidas a la relatividad. (Puesto que el ejército depende del sistema GPS, incluso los generales del Pentágono tienen que recibir formación por parte de los físicos respecto a la teoría de la relatividad de Einstein). Los relojes en el GPS cambian realmente cuando se aceleran sobre la superficie de la Tierra, como predijo Einstein.

La ilustración más gráfica de este concepto se encuentra en los colisionadores de átomos, en los que los científicos aceleran partículas a velocidades próximas a la de la luz. En el gigantesco acelerador del CERN, el gran colisionador de hadrones, en las afueras de Ginebra en Suiza, los protones se aceleran hasta billones de electronvoltios y se mueven a velocidades muy próximas a la de la luz.