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12-06-2017

ENTRELAZAMIENTO Y PUENTES EN EL ESPACIO-TIEMPO

En los artículos anteriores vimos como el espacio-tiempo 4-dimensional se curva bajo grandes cuerpos masivos

lo que da lugar a fenómenos increíbles. En este artículo incluiremos ciertos aspectos de la mecánica cuántica lo

que nos abrirá la puerta a procesos más impresionantes si cabe.

En este artículo vamos a descubrir una de las propuestas recientes más increíbles y fascinantes de la Física teórica

y vamos a realizar un viaje capaz de hacer sombra al guión de la mejor película de ciencia-ficción.

Aún nadie sabe si esta propuesta es correcta, sin embargo, hay indicios serios de que puede serlo. Si finalmente se

demuestra correcta, esta propuesta tendría un fuerte impacto en la forma de entender el espacio-tiempo y los

fenómenos cuánticos. Esta propuesta relaciona dos de los fenómenos más exóticos y extraños que existen: los

agujeros de gusano y el entrelazamiento cuántico.

Agujeros de gusano: puentes en el espacio-tiempo

En coordenadas máximamente extendidas las ecuaciones de la relatividad general tienen la siguiente solución para

un agujero negro esférico y estático (agujero negro de Schwarzschild):

Esta solución representa dos agujeros negros unidos por una especie de cuello o garganta. Este cuello representa un

"puente en el espacio-tiempo" o un "agujero de gusano". Los primeros Físicos en encontrar esta solución fueron el

mismísimo Einstein y su estudiante Rosen por eso este agujero de gusano se denomina "Puente de Einstein-Rosen"(ER).

Por razones de simetría los dos agujeros tienen el tiempo "invertido", es decir, mientras que uno es un agujero negro

"normal" con gravedad atractiva el otro es un agujero blanco donde los cuerpos son expulsados del agujero como si

existiese una gravedad repulsiva. Hay que destacar que este agujero de gusano no es transitable, para atravesarlo

necesitariamos viajar más rápido que la luz algo que no está permitido.

Entrelazamiento: el fenómeno cuántico más extraño

Dos partículas que han sido generadas en ciertas condiciones especiales (por ejemplo mediante la desintegración de

un rayo gamma en dos fotones) se comportan como si fuesen un sistema único (como si estuviesen descritas por la

misma función de onda) aunque estén separadas grandes distancias. Es como si estas partículas estuviesen entrelazadas.

Esto produce fenómenos realmente extraños: supongamos que ambas partículas poseen dos posibles estados (por

ejemplo spin arriba y spin abajo), y supongamos que medimos el estado de una de las partículas aqui en la Tierra, si

encontramos que el resultado de la medida es spin arriba entonces la otra partícula entrelazada debe estar

"automáticamente" en el estado contrario, es decir, spin abajo. Es como si al medir el estado de una automáticamente

"colapsaramos" el estado de la otra ¡Aunque estas partículas estén a años luz de distancia! ¿Como es esto posible?

Hay que destacar que no es posible enviar información más rápido que la luz mediante entrelazamiento cuántico, para

enviar cualquier tipo de información necesitamos siempre el apoyo de un canal clásico en el que es imposible transmitir

información de forma superlumínica.

El entrelazamiento cuántico fue predicho por primera vez por Einstein (de nuevo el gran genio),Podolsky y Rosen, por esto

también suele referirrse al fenómeno del entrelazamiento cuántico como experimento de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR).

Recientemente se han realizado numerosos trabajos basados en una magnitud denominada "entropía de entrelazamiento"

que básicamente mide el grado de entrelazamiento que existe entre dos sistemas cuánticos. En 2010 un artículo que causó

bastante impacto aportaba indicios de que el entrelazamiento cuántico se comporta como el "pegamento" del espacio-

tiempo: al reducir el grado de entrelazamiento entre los grados de libertad asociados a dos regiones del espacio-tiempo

¡ las dos regiones se separan y se disgregan !. Esto parece indicar que, de alguna forma, ¡El entrelazamiento sería el

pegamento que mantiene unido el espacio-tiempo!

ER=EPR

Es ahora cuando formulamos la increíble propuesta que ha planteado recientemente la Física teórica: existen trabajos que

demuestran que los microestados que forman los dos agujeros negros unidos mediante un puente de Einstein-Rosen están

máximamente entrelazados, es decir, los dos agujeros negros de la primera figura están cuánticamente entrelazados.

Esto quiere decir que el puente de Einstein-Rosen implica un entrelazamiento como en el experimiento de Einstein-

Podolsky-Rosen lo que se simboliza en la expresión ER=EPR. Esta afirmación está basada en principios bastante sólidos

por lo que parece natural preguntarse si el contrario también es cierto, es decir, si todo par de partículas o sistemas

entrelazados están unidos por un puente de Eintein-Rosen. Esto es precisamente lo que proponen los Físicos: todo sistema

cuántico entrelazado podría estar unido por un agujero de gusano. Aunque sabemos que la propuesta ER=EPR está

basada en principios más o menos sólidos su contrario EPR=ER es bastante más especulativo.

                                       

Si la propuesta ER=EPR y su contraria es correcta las partículas que forman la radiación de Hawking emitida por los agujeros negros

que está cuánticamente entrelazada con el mismo estarían unidas con el a través de agujeros de gusano.

Agujeros negros entrelazados: un puente cuántico en el espacio-tiempo

A continuación vamos a realizar uno de los viajes más extraños e increíbles que se podría, en principio, realizar en nuestro

Universo. Imaginar una zona de nuestro Universo hace millones de años: dos grandes nubes de gas molecular inmersas en

un campo magnético comienzan a comprimirse por el efecto de la gravedad. Debido a la presencia del campo magnético

las partículas de las moléculas que componen el gas adquirirán un grado de entrelazamiento cuántico lo que quiere decir

que ambas nubes de gas estarán entrelazadas. Ambas nubes siguen comprimiéndose hasta que alcanzar la densidad

crítica (cuando la masa se comprime en un radio inferior a R=2GM/c2) y colapsan formando dos agujeros negros esféricos

y estáticos. Posteriormente ambos agujeros son atraidos por cúmulos de galaxias cercanas en direcciones opuestas

(supongamos que algo así fuese posible) y acaban separándose grandes distancias: uno acaba en nuestra galaxia (cerca

de la Tierra) y otro en la galaxia de Andrómeda a 2,5 millones de años luz.

Ahora imaginar que la Tierra ha conseguido establecer comunicación con una civilización en Andrómeda (una comunicación

no muy fluida de 2,5 millones de años de espera entre cada mensaje) y un científico llamado Bob ha establecido amistad

con una científica de Andrómeda llamada Alice. Debido a las enormes distancias que los separan Bob nunca podrá físicamente

llegar a conocer a Alice ¿o si podría? Ahora viene lo más impresionante: si Bob contacta con Alice y ambos acuerdan viajar

en una nave espacial hasta sus respectivos agujeros negros entrelazados, podrían, en principio, realizar algo increíble: dejarse

caer en sus agujeros negros respectivos y ¡conocerse físicamente en el interior!

Pero, ¿como es esto posible? Debido a que ambos agujeros negros están entrelazados los microestados de ambos agujeros

están unidos por un puente de Einstein-Rosen y el espacio-tiempo del interior es ¡El mismo espacio-tiempo! ¡Bob y Alice

podrían encontrarse en el interior salvando así la distancia de millones de años luz que les separan!

La mala noticia es, por supuesto, que nunca podrían salir del agujero ni escapar de su trágico final antes de chocar con la

singularidad. Por esto, cualquier información que se transmitan dentro del agujero quedaría aislada del resto del Universo y

de nuevo, no se podría usar este mecanismo para enviar información más rápido que la velocidad de la luz.

Conclusiones

La propuesta ER=EPR es una idea fascinante aunque todavía es especulativa. A pesar de ello, hay indicios teóricos sólidos

de que podría ser correcta, es más, hay trabajos teóricos que muestran que el entrelazamiento cuántico puede ser un

componente fundamental de la naturaleza del espacio-tiempo. Una cosa parece clara: el futuro de la Física teórica promete

ser fascinante y estar lleno de sorpresas.

 

 

Fuentes: Cool horizonts for entangled black holes Entanglement: Gravity's long-distance connection

Building up spacetime with quantum entanglement;

 

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Autor: IIII
12/6/2017
IIII