En la parte anterior de esta nota indagamos en algunas cuestiones preliminares sobre la idea del viaje en el tiempo. Hoy nos adentraremos en el sostén científico de esa posibilidad. ¿Posibilidad? Veamos:

Universo cuántico y multiversos

La teoría de la relatividad de Einstein es verdaderamente compleja de entender, y no se reduce al E=mc2 que aprendimos en la escuela o, en mi caso, con Animaniacs. Al mismo tiempo que Einstein, un montón de otros físicos investigaron diferentes fenómenos y modelos de física durante muchos años. Una línea de investigación clave es la que se preocupó por las partículas más pequeñas conocidas del universo (mucho más pequeñas que el átomo): la mecánica cuántica.

La mecánica cuántica es aún más difícil de comprender, porque describe fenómenos que ocurren a nivel subatómico que no tienen correlación con lo que pasa a mayores escalas, como la atómica, la molecular o la humana. Las partículas se comportan de modos bastante raros (y para medirlas se usan términos insólitos como sabor o espín), y sus fenómenos no pueden explicarse en términos de la teoría de la relatividad, ni viceversa. Ya avanzaremos más sobre este tema, que es tal vez el enigma más importante de la física moderna.

La mecánica cuántica tiene muchas interpretaciones y principios, pero nos ocuparemos de aquellos que nos permitirán pensar en posibles máquinas del tiempo. Uno de estos principios es el de superposición cuántica, que consiste en la capacidad de las partículas de existir en diferentes estados, en diferentes posiciones, energías y cantidades de movimiento al mismo tiempo.

El físico austríaco Erwin Schrödinger encontró esta idea ridícula (¿quién no?), e ideó un experimento imaginario para discutir la superposición cuántica, con inesperadas consecuencias en la teoría de los viajes en el tiempo. El experimento se llamó luego El Gato de Schrödinger, aunque nada tiene que ver con su esposa.

Supongamos que ponemos un gato en una caja absolutamente cerrada, que tiene dentro una partícula radioactiva y un dispositivo tal que si la partícula se desintegra, se libera un gas tóxico que mata al gato. Si la partícula se encuentra en superposición cuántica, estará al mismo tiempo íntegra y desintegrada, por lo tanto el gato está muerto y vivo al mismo tiempo. Si abrimos la caja, podemos comprobar el estado del pobre bicho y en ese momento el sistema se modifica y se detiene la superposición cuántica.

Este experimento imaginario ha tenido muchas interpretaciones diferentes, pero nos centraremos en la del físico estadounidense Hugh Everett. En 1957, brindó la Interpretación de los Muchos Mundos, afirmando que en todo momento la realidad se desdobla: en un mundo el gato está muerto, y en otro está vivo. Y llegamos así al concepto científico del multiverso (que tanto daño le ha hecho a Marvel y a DC) la existencia de infinitos mundos posibles incomunicados en simultáneo.

Volvemos así a Martín y su incomprensible deseo de viajar al pasado y generar paradojas. Según la Interpretación de los Muchos Mundos, si Martín efectivamente lograse evitar que sus abuelos se conozcan no desaparecería, si no que abriría otra línea histórica, otro universo que seguirá un curso de acontecimientos diferente. Es lo que ocurre en películas como Terminator 2 y 3, The Girl Who Leapt Through Time, y Primer, film independiente y sumamente complejo que es tal vez el abordaje narrativo más cientificista del viaje en el tiempo. Algunas películas plantean versiones de universos alternativos entre los que se puede viajar o establecer contacto, como Mr. Nobody, The One, o Donnie Darko.

Pegar el salto: velocidades superlumínicas, agujeros de gusano y cuerdas cósmicas

El universo cuántico fue centro de innumerables especulaciones científicas sobre la posibilidad de construir una máquina del tiempo, aún en nuestros días. Teóricamente, otra forma de volver al pasado podría venir de la mano de alcanzar velocidades superlumínicas (FTL, por sus siglas en inglés), como lo lograse Superman en su versión de 1978. La explicación de cómo sería esto posible es bastante compleja. Incluso llegó a proponerse la existencia de una partícula capaz de viajar más rápido que la luz, el taquión. Esta hipotética partícula ha fascinado a más de un escritor de ciencia ficción, y ha hecho apariciones en novelas, películas e historietas.

Lo cierto es que los investigadores no se pueden poner de acuerdo sobre si es posible o no alcanzar velocidades más rápidas que la de la luz. Mientras que en el 2007 algunos científicos alemanes afirmaron haber logrado acelerar fotones a velocidades superlumínicas a través del complejo efecto túnel, cuatro años más tarde un grupo de investigadores chinos demostraron que tal fenómeno es totalmente imposible. Por otro lado, en el 2014, científicos australianos demostraron, mediante una simulación, que sería efectivamente posible mandar un fotón al pasado e interactuar consigo mismo, siempre que esté dentro de una Curva Cerrada de Tipo Tiempo, o Curva Temporal Cerrada (CTC).

Llegamos así a un concepto cuántico clave y definitorio en los viajes temporales, que marcó un antes y después en la ciencia ficción y en la búsqueda de la máquina del tiempo. Una Curva Temporal Cerrada consiste en una línea de universo de una partícula que está cerrada en el espacio tiempo, generando un universo circular tal que si continúa viajando al futuro, terminará recorriendo una vuelta y llegará finalmente a su propio pasado.

El matemático alemán Kurt Gödel fue quien desarrolló la idea, en 1949. Presentó una solución a las ecuaciones de la relatividad general de Einstein describiendo un universo hipotético, homogéneo y en rotación (en vez de expansión, como propuso Einstein), en donde el tiempo podría girar, tornarse circular y envolverse a sí mismo.

Posteriormente, más investigadores descubrieron otras posibles Curvas Temporales Cerradas más allá del Universo de Gödel. En 1963, el matemático neozelandés Roy Kerr resolvió las ecuaciones Einstenianas para un agujero negro que en vez de colapsar, se convertiría en un anillo que giraría sobre sí mismo a inmensas velocidades. Hipotéticamente, si una nave quisiera atravesar este agujero negro en rotación, en vez de quedar inmediatamente destruida podría llegar a aparecer luego en otras coordenadas espacio-temporales; es decir, viajar en el tiempo.

Este tipo de agujeros negros podrían actuar como un agujero de gusano, que conectarían dos puntos espacio-temporales diferentes. Fueron propuestos por Einstein y Nathan Rosen en 1935, y por eso llevan el nombre científico de Puentes de Einstein-Rosen. Hemos visto varias representaciones de los agujeros de gusano en películas domo Déjà Vu, Stargate y La nave de la muerte (Event Horizon), y en series como Star Trek, Babylon 5, y Doctor Who. Físicamente hablando, sin embargo, se presentan algunas dificultades: de existir, permitirían el traspaso de partículas muy pequeñas (0,000000000000000000000000000000001 centímetros, inmensamente más chicas que un protón) y serían sumamente inestables.

Stephen Hawking, que algo sabe de agujeros negros, tiene más fe en la posibilidad de viajar en el tiempo a través de cuerdas cósmicas. Las cuerdas cósmicas son hilos invisibles mucho más delgados que un átomo, sumamente escasas, formadas muy tempranamente en el Universo poco después del Big Bang. Una forma de entender su origen es imaginar la transición de la enorme saturación energética del Big Bang al paulatino enfriamiento y vaciamiento espacial que podemos comprobar hoy en día. A medida que el cosmos se expande y se enfría, podrían haber surgido algunos defectos y grietas, como los que atraviesan a los cubos de hielo al congelarse el agua.

Estas cuerdas cósmicas están sometidas a una presión inmensa, y a pesar de ser increíblemente finas, estarían aceleradas casi a la velocidad de la luz y traerían consigo una fuerza gravitacional que podría alterar las dimensiones espacio temporales, permitiendo tal vez el viaje al pasado si se juntaran dos de estos fenómenos.

Según la relatividad general, aclara Hawking, es imposible viajar en el tiempo a través de las cuerdas cósmicas o de las Curvas Temporales Cerradas sin la intervención de materia exótica, de propiedades inusuales (por ejemplo, masa negativa). De otra forma, sería necesario que el Big Bang hubiera generado un Universo lo suficientemente deformado y curvo, lo que no ocurrió. Si bien no podemos cambiar cómo comenzó el Universo, Hawking señala que tal vez la humanidad podrá en el futuro deformar y curvar las dimensiones espacio temporales hasta poder lograr el viaje al pasado.

En 1992, Hawking hipotetizó en su Conjetura de protección de la cronología que las leyes de la física son tales que impiden el viaje en el tiempo en cualquier escala que no sea la submicroscópica. La mejor demostración de esta imposibilidad es que en este momento no estamos siendo invadidos por turistas venidos del futuro. Sin embargo, él mismo admitió que esto demuestra solamente que aún no hemos inventado la máquina del tiempo, y que recién podremos ver turistas del futuro a partir del momento que podamos deformar el espacio tiempo de la manera exacta para permitir viajes temporales.

Y hay algunos que ya lo están intentando. Ronald Mallet es uno de los pocos científicos de renombre que está abocado a la física experimental con el explícito objetivo de construir una máquina del tiempo. Su historia parece sacada de un personaje de historietas: su padre murió cuanto tenía 10 años, y luego de leer La Máquina del Tiempo de Wells decidió que haría todo lo posible por construir un dispositivo que le permitiera viajar al pasado y salvar a su padre.

A comienzos del siglo XXI intentó observar la violación de la causalidad (relación entre causa y efecto) cuando un neutrón pasa por un círculo construido con un laser con un recorrido espiráldico mediante un cristal fotónico. Cuando la partícula pasa por el anillo, es arrastrada por el campo gravitacional resultante y, con energía suficiente, podría llegar a producir Curvas Temporales Cerradas, lo que permitiría el viaje en el tiempo.

El valiente intento de Mallet aun no ha tenido éxito, y tampoco ha estado exento de críticas, algunas de las cuales reafirman la mencionada conjetura de la protección de la cronología de Hawking.

Teoría del casi todo

Es muy importante puntualizar que las críticas de Hawking se centran, sin embargo, en la teoría de la relatividad. Y en los últimos párrafos hemos venido hablando de fenómenos cuánticos, que no son explicables en los términos de la primera. Y al revés, fenómenos como la gravedad no pueden ser explicados desde la mecánica cuántica. De esta forma, aún si se lograra construir una máquina del tiempo cuántica, el problema principal es que los principios cuánticos no operan a escalas macroscópicas.

Dicho en términos sencillos, y horriblemente desesperanzadores: según lo que sabemos actualmente del universo, en el hipotético caso de que se logre construir una máquina del tiempo, los humanos nunca podremos usarla.

Sin embargo, nuestro conocimiento de las leyes físicas del universo es, aún, muy incompleto. La física es un campo de constantes avances y desarrollos. La frontera del conocimiento está en una lenta pero incansable expansión. Sólo a manera de ejemplo, al momento de escribir la presente nota un matemático de una universidad belga propuso, por primera vez en la historia, una forma de crear artificialmente campos gravitacionales.

Hay muchas teorías difíciles de demostrar y cuyos principios aún faltan profundizar. Pero, sin lugar a dudas, la tarea más desafiante de la física moderna (y según la opinión de algunos, la más importante) es la unificación entre la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica.

Llegamos así a una de las discusiones más interesantes y complejas de la disciplina: la Teoría del Campo Unificado. Para entenderla, deberemos dar un breve rodeo.

Todas las partículas del universo interactúan a través de cuatro fuerzas o interacciones fundamentales: interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil, interacción electromagnética e interacción gravitatoria. Las tres primeras son entendidas desde campos cuánticos en el modelo estándar de física de partículas, mientras que la última se explica a partir del modelo de la física clásica.

Prácticamente todos las grandes investigaciones de la física desde comienzo del siglo XX hasta el día de hoy han estado motorizadas por la búsqueda de una teoría que permita explicar alguna de estas interacciones.

El término Teoría del Campo Unificado, acuñado por Einstein, refiere a la elaboración de una teoría física que pueda explicar simultáneamente, bajo un mismo modelo, las diferentes interacciones fundamentales.

El primero en marcar un avance en esta búsqueda fue el físico inglés James Clerk Maxwell, que en 1865 sintetizó todas las observaciones y teorías sobre electricidad y magnetismo en la teoría electromagnética. La teoría de la relatividad general del propio Einstein fue un infructuoso intento de combinar la interacción electromagnética con la gravitatoria.

En la década del 60 los físicos americanos Sheldon Lee Glashow y Steven Weinberg, junto con el físico pakistaní Abdus Salam, lograron unificar la descripción de las interacciones electromagnéticas y la nuclear débil en el modelo electrodébil.

Si se pudiera generar un marco explicativo que de cuenta de las interacciones electrodébiles (electromagnéticas + nucleares débiles) y las nucleares fuertes, estaríamos frente a la Teoría de la Gran Unificación, aún no verificada, que podría describir todas las interacciones en el modelo estándar de la física de partículas. Si a eso le sumamos la explicación de la interacción gravitatoria, es decir, si pudiéramos unificar la Teoría de los Campos Cuánticos y la Teoría de la Relatividad, estaríamos frente a un modelo capaz de explicar todos los fenómenos físicos en el universo conocido por el hombre, que lleva el nombre de Teoría del Todo.

Este modelo podría confirmarnos si efectivamente sería posible o no la existencia de una máquina del tiempo real y funcional a escalas macroscópicas, utilizable por la humanidad.

La mala noticia es que es probable que nunca pueda existir semejante teoría. Muchos físicos se han alzado contra la idea de que una única teoría pueda explicar fenómenos tan disímiles de forma completa, con diferentes argumentos. Entre ellos se encuentra Hawking (contra lo que sugeriría una película reciente), quien está alineado con los Teoremas de Incompletitud de Gödel, quien en 1931 afirmó que toda teoría matemática formal capaz de describir elementos aritméticos capaces de ser demostrados es o bien inconsistente o bien incompleta.

A no perder la esperanza, sin embargo. Todavía queda una opción. Un nuevo descubrimiento, una nueva teoría que patee el tablero de la física, que nos obligue a replantearnos nuestras seguridades científicas y nos permita observar nuevos fenómenos, u observar los que ya conocemos desde una nueva perspectiva. Y que pueda predecir posibles viajes en el tiempo.

No hay nada en el horizonte científico contemporáneo que nos permita pensar que esto vaya a suceder en el futuro. Pero a la imaginación humana no le importa. Escritores y directores de Ciencia Ficción continuarán explorando, incansables, las fantásticas posibilidades del viaje en el tiempo.

Guías:
Guía de divulgación científica del físico Michia Kaku
Guía científica de la Universidad de Stanford
Guía de la interpretación de los muchos mundos de la Universidad de Stanford.
Guía de viajes en el tiempo, agujeros de gusano y cuerdas cósmicas de Stephen Hawking.
Breve guía de agujeros de gusano de la plataforma Space.
Explicación de velocidades superlumínicas del portal The Culture.
Explicación de las distorsiones temporales de la relatividad, según la NASA
Fuentes bibliográficas:
• Davies, Paul. About Time : Einstein's Unfinished Revolution. Simon & Schuster, 1996.
• Davies, Paul. Cómo construir una máquina del tiempo. 451 Editores, 2008.
• Hawking, Stephen. The Theory of Everything: The Origin and Fate of the Universe. New Millenium Entertainment, 2002.
Papers e investigaciones:
Optical Clocks & Relativity
A trip forward in time, your travel agent Einstein
Time Travel and Time Machines
Do Tachyons Exist?
Proffessors Prove Single Photons Exceed Speed of Light
El Teorema de Incompletitud de Gödel
A mathematician has proposed a way to create and manipulate gravity
Could time travel soon become a reality?