Muchas de las acciones realizadas por una persona, consisten o son fruto de un previo análisis de las opciones relacionadas a dicha acción, por menor que éste sea. La determinación que se toma luego de este análisis puede denominarse "decisión". Hay, por supuesto, decisiones más difíciles que otras, lo que dependerá de tres factores al menos: primero, cuánto valor asigna el sujeto que decide a cada una de las consecuencias de las opciones. Es más que obvio que alguien prefiera inclinarse a lo que tiene más valor para él que lo que no es muy valioso. De este primer factor se puede obtener el principio “toma lo que vale más”. Pero todo esto no puede considerarse (y esto es lo segundo) sin el grado de conocimiento que posee el sujeto sobre las cosas que son pertinentes a su decisión. Alguien que sabe mucho con respecto a algo, tomará mejores decisiones en ese ámbito que quien conozca menos. Este conocimiento se puede expresar en términos probabilísticos, en el sentido en que un sujeto que decide le otorga cierta función de probabilidad a que suceda un acontecimiento, siempre que se realice una determinada acción, pero a la vez le otorga una probabilidad distinta al mismo hecho no habiendo realizado esa acción, es decir, en un contexto diferente.

Existe una paradoja de la decisión llamada Paradoja de Newcomb (por su autor, el físico William Newcomb), en la que se pone en cuestión la racionalidad de los análisis de decisión. Supongamos que un sujeto S tiene ante sí dos cajas. Una está abierta y contiene $1.000, mientras que la otra está completamente cerrada y su contenido puede ser $1.000.000 o $0. Esto último dependerá de una máquina P imaginaria cuya capacidad de predicción es casi infalible. Las opciones de S son: a) tomar ambas cajas; b) tomar solamente la caja cerrada. Por otra parte, y ésta es una condición que S conoce, si P predice que S tomará ambas cajas, entonces modificará el contenido de la caja cerrada de modo que su contenido será de $0 en el momento en que S la abra. Por otro lado, si la predicción de P es que S tomará solamente la caja cerrada, entonces su contenido será de $1.000.000. ¿Qué opción es más racional tomar en este caso? Tomar ambas cajas es si duda la mejor decisión, si es que se considera el principio “toma lo que vale más”. Sin embargo, si se toman en cuenta los datos extra y el conocimiento que se posee respecto de ellos, la situación cambia radicalmente.

Una paradoja es tal cuando existe una contradicción en los términos de una solución, en este caso, los términos u opciones de una decisión. Existen, de esta manera, dos modos de razonar igualmente válidos para S. Por una parte, si S escoge ambas cajas, entonces P lo habrá predicho y su ganancia será de $1.000. Por lo tanto, la decisión más racional es optar por la caja cerrada. Pero por otra parte, P podría haber predicho la decisión de S y haber alterado el contenido de la caja cerrada. Éste podría ser tanto de $1.000.000 como de $0 y si S escoge las dos cajas, en el peor de los casos no se iría con las manos vacías, sino con $1.000. Lo más racional es, por consecuencia, tomar ambas cajas. Con esto se estaría afirmando que “Lo más racional es tomar ambas cajas y no tomar ambas cajas”. He ahí la contradicción.

(A propósito de microondas…) El interesante artículo de Alfonso sobre los microondas me ha dado la idea de escribir sobre algo similar, aunque perteneciente al nivel cósmico. Me refiero al fondo cósmico de microondas.

Se ha descubierto que nuestro universo está bañado por una radiación que viaja en todas direcciones, es decir una radiación de tipo isotrópica. Como decíamos en “Límites del espacio, límites del universo”, se estima que el Universo tuvo su origen hace unos 14 mil millones de años. En esta época, la materia estaba extremadamente condensada y por lo tanto la temperatura era muy alta. Por esta razón, los electrones se hallaban desligados de los protones y, así, del núcleo del átomo. En realidad, ni siquiera podía existir una estructura atómica sostenible. Con un universo de tales propiedades, los fotones (partículas de luz) se relacionaban equilibradamente con los electrones y con la materia. En otras palabras, el universo temprano era un plasma de alta energía.

Ahora viene lo interesante. Si incluimos a esto la teoría del Big Bang y la expansión del universo, podemos entender cómo es que el comportamiento cambió desde entonces hasta ahora. Al expandirse el universo, los fotones comenzaron a viajar cada vez más independientes de la materia, encontrando menos electrones que impidieran su paso. Finalmente este proceso provocó un enfriamiento y una disminución de la frecuencia de algunos de estos fotones. Se convirtieron en microondas, un tipo de radiación electromagnética de corta longitud de onda.

Esta radiación es la que llamamos fondo cósmico de microondas. Se le denomina “fondo”, precisamente porque proviene del universo temprano, vale decir, del fondo del universo, de sus límites iniciales. No obstante, es un efecto que es medible en el universo actual. Es algo así como un residuo del origen. Este fondo cósmico fue descrito como tal en 1965 por dos científicos llamados Arno Penzias y Bob Wilson. Ellos fueron los primeros en interpretar la medición de estas temperaturas como consecuencias del Big Bang, aunque no los que hallaron los primeros indicios, ya que desde 1940 los astrónomos ya habían medido temperaturas referidas a una cierta radiación astronómica. Sin embargo, no había entonces una teoría detallada al respecto. Para más datos sobre la historia de la radiación de fondo cósmico, recomiendo leer El universo primitivo.

Los partidarios de la teoría del Big Bang tuvieron algunos problemas. No se explicaba que, siendo el universo primigenio algo de características homogéneas e isotrópicas, existieran actualmente formaciones como las galaxias y conjuntos de galaxias. Era una objeción que se utilizó en contra de la teoría por muchos años. Pero en 1992, el Observatorio orbital COBE presentó sus imágenes obtenidas de las irregularidades del universo temprano, lo que constataba que la radiación del fondo de microondas tenía relación con el Big Bang y que el estado inicial poseía ciertas irregularidades que explicaban las características cosmológicas actuales.

Para terminar, cabe decir que en cuanto a lo que sabemos de esto hay algo importante, algo increíble y algo necesario. Es importante conocer algo más de nuestro universo, sobretodo de sus propiedades iniciales. Pero es todavía más increíble saber que los efectos y los rastros se encuentran aquí mismo y que lo que denominamos “universo actual” no difiere mucho de lo que es en sí el universo en sus otros estados o eras. Finalmente ¿Cómo será el término del universo? ¿Existirán datos que conecten al universo actual con el universo futuro así como éste lo hace con el presente? Si estrictamente casi no hay distinción entre universo presente y pasado ¿en qué medida la hay entre aquél y el futuro? Esto (dentro de otras cosas) es algo necesario que sepamos. Para ello, proyectos como el ALMA, el Planck Surveyor, WMAP, APEX, el Cosmic Background Explorer, están en marcha para entregar poco a poco sus respuestas.

Hablemos sobre el espacio. Pero no de su constitución, tema que por lo demás es muy interesante. ¿Cuánto espacio hay? Ésta es una pregunta que se enfoca en lo que llamamos “universo”. Se entiende por universo, al menos en un sentido físico, la totalidad del espacio o si se quiere, la totalidad de materia. Por definición, nada queda excluido del universo. Es fácil notar la dificultad que implica esto, es por ello que preferimos hablar de regiones observables del espacio. De esta forma, la región observable más lejana del espacio es lo que podríamos llamar “el límite del universo”. ¿Cuál es este límite? Esta frontera queda determinada por el valor límite de las partículas de luz, las cuales nos dan información de una distancia de unos 14 mil millones de años luz.

Tal es nuestro campo de visión más amplio. Al menos por ahora. Es muy probable que el universo se extienda más allá de nuestro campo de visión, el cual sea observado quizás en el futuro. Como la luz demora en viajar la distancia que hay entre nosotros y los límites, lo que observamos no son en realidad sólo las partes más alejadas del espacio, sino que son el pasado más remoto del mismo. Por lo tanto, podemos decir que cuando vemos imágenes de estas fronteras, lo que vemos son los orígenes del universo. La edad del universo se estima, en efecto, de aproximadamente unos 14 mil millones de años. ¿Pero cómo entender la manera en que el universo cumple sus años, si nuestro concepto de tiempo es intrínseco a él? Si el universo es una estructura espacio-temporal, parece entonces absurdo pensar que el universo sea sólo el espacio.

Una de las teorías que explican la evolución del universo es la Teoría del universo inflacionario, propuesta en 1982 por el físico norteamericano Alan Guth y que hasta la fecha cuenta con un sinnúmero de modificaciones y mejoramientos, que son las nuevas teorías inflacionarias. Llamamos “inflación” al crecimiento del universo de hasta 10¹⁰⁰ veces su diámetro entre una edad de 10^-35 y 10^-32 segundos, proceso que habría sido provocado por cambios en las fuerzas fundamentales que hay entre partículas. Una enorme cantidad de energía debe haberse liberado en ese punto. Luego de ese período, el horizonte del universo se expande creciendo normalmente a una velocidad igual a la de la luz. Dada la violencia de esta inflación, se cree que hay regiones del espacio que quedaron incomunicadas causalmente, ya que el tamaño del universo habría superado enormemente el radio de sus límites.

Si antes de la inflación, las partes se relacionaban homogéneamente y de manera causal, entonces el universo observable debe serlo, ya que es una parte del universo original. Es propio pensar además que lo que hay más allá de los límites observables sea homogéneo y pueda interactuar causalmente con el universo actual.

Un lector del blog sugirió hace un tiempo que publicáramos algo sobre computación cuántica. Aquí va.

1. ¿Qué es la computación cuántica?

La mejor manera en que podemos definir la computación o informática cuántica es, para empezar, aclarando qué es la informática clásica. Conocemos el término “bit“, fundamental en informática. Éste proviene del inglés “binary digit”, dígito binario. Nuestro sistema de dígitos habitual es el decimal, que cuenta con diez dígitos, mientras que el binario cuenta con dos. Un bit puede representar uno de estos dos valores o estados: 0 y 1. Cada uno de ellos puede determinar otros estados que posean la misma dualidad formal, como “encendido-apagado”, “verdadero-falso”, “x - no x”, etc.
Ahora bien, la informática cuántica es un modelo que, a diferencia del paradigma clásico binario, trabaja con una lógica no binaria, vale decir, cuyos valores no son sólo “verdadero-falso”. Este paradigma está siendo aún estudiado y se está investigando su posibilidad. En vez de bits clásicos, la computación cuántica se formula con qubits o “bits cuánticos”. ¿Pero cómo se comporta un qubit si sus estados no son binarios? Un qubit puede encontrarse en en el estado “0/1”, es decir, puede ser 0 y 1 simultáneamente. Esta característica podría determinar estados como el de ser a la vez verdadero y falso, lo cual es algo completamente contraintuitivo. Pensemos en la proposición “Plutón es un planeta”, cuyo valor de verdad se basa en una lógica binaria, una lógica de verdadero o falso. Actualmente su valor de verdad es “falso”. Sin embargo, antes de la determinación de la Unión Astronómica Internacional en Praga, su valor era verdadero: Plutón sí era considerado un planeta. En este caso, la proposición pasó de “verdadero” a “falso”, tal como pasa nuestra pantalla de “encendida” a “apagada”, pero no fue verdadera y falsa a la vez. La naturaleza del qubit correspondería, según el ejemplo, a una proposición como “Plutón es un planeta y no es un planeta”. Para entender esto mejor, es preciso recurrir a las definiciones de la mecánica cuántica, ya que de ahí surge esta idea.

2. Superposición controlada

En la mecánica cuántica existe el concepto de superposición. Según este fenómeno, un objeto puede poseer simultáneamente dos o más valores de una cantidad observable. Como podemos ver, esta manera de comportarse en los objetos de menor escala abre la posibilidad de formular lógicas completamente diferentes de las habituales. De este modo, la proposición correspondiente a un objeto x que diga “x es onda” resultaría tener un valor de “verdadero-falso”.
Otro concepto importante es el de “punto cuántico” (quantum dot). Esto consiste en un electrón que es atrapado dentro de un conjunto de átomos. Mediante un láser de frecuencia específica, el electrón puede ser manipulado, pasando así de un estado exitado a un estado no exitado, es decir, un cambio binario. Lo interesante es que si el electrón es expuesto al láser durante una cantidad de tiempo equivalente a la mitad necesaria para modificar su estado de energía, entonces éste pasa a un estado de superposición, exitado y no-exitado a la vez. Se cree que logrando controlar la partícula en un cierto nivel, es posible utilizar el estado de superposición como qubit, el cual formaría parte de un sistema de ordenador cuántico dentro de un sistema de partículas (en lugar de circuitos).

3. Viabilidad

Se piensa que contar con computador cuántico sería resultado de grandes beneficios, como realizar cálculos rápidamente. Un computador clásico demoraría miles de millones de años en factorizar un número de mil dígitos, mientras que un computador cuántico lo haría en unos veinte minutos.
No obstante, la viabilidad técnica es todavía objeto de investigación y no deja de ser un gran problema. Además del ejemplo sobre la “jaula de átomos“que vimos más arriba, existen muchos otros experimentos candidatos para llegar a construir un sistema de qubits, algunos en la biología y en la química, los cuales buscan la manipulación de moléculas y átomos.
El mayor problema es la decoherencia. En cuántica la decoherencia es lo que hace que un sistema adopte un estado determinado (no superpuesto), debido a los efectos del entorno. Para evitar que el qubit vuelva a pasar a un estado determinado—lo que provocaría que dejara de ser un qubit—toda operación debe ser completada en un tiempo menor que el tiempo de decoherencia del sistema. Esto quiere decir que se necesita alcanzar un alto nivel de manipulación, debieno ser ésta lo suficiente compleja y detallada.

4. Actualidad

En un artículo publicado recientemente en Nature Nanotechnology, un equipo afirma que desde la nanotecnología es posible encontrar una solución a las dificultades de la computación cuántica. Aquí se demuestra que mediante una nueva familia de qubits formada por metales raros es posible superar los tiempos de la decoherencia y lograr procesar información de forma cuántica.

A continuación diré algo breve acerca del espín y su característica más impresionante: ser inmutable. Al mismo tiempo veremos en qué grado este valor puede ser modificado.

¿Rotación intrínseca?

El espín de una partícula elemental es una propiedad que se asemeja a la rotación en los cuerpos de gran escala, como una pelota. Esta característica, también relacionada al momento angular, es sin embargo muy diferente a la rotación que solemos observar en los objetos comunes y corrientes. Suele decirse que el espín en las partículas es algo intrínseco, que es propio de cada una. En los cuerpos de gran escala la rotación es más bien una propiedad extrínseca, un efecto de diferentes fuerzas externas a él. Podemos ver una pelota de tenis girando en su eje, pero ese estado es igual de posible que imaginar a la misma pelota sin rotar, o saltando, o rotando hacia la derecha en vez de girar hacia la izquierda, etc. La pelota sigue siendo la misma, aunque cambie su manera de rotar. El espín en la escala subatómica, en cambio, es distinto y si de un instante t1 a un instante t2 el espín de una partícula cambia, no podemos decir que la partícula siga siendo la misma.

De este modo, el momento angular de una partícula se toma en cuenta como un valor intrínseco de ésta. Si tomamos una partícula cualquiera, ésta tendrá un valor de espín determinado, el cual no es variable y se mantendrá. El espín de la partícula será siempre la misma magnitud y tendrá siempre el mismo valor. No deja de ser raro pensar que un objeto debe tener la propiedad intrínseca de estar girando de una forma determinada que no puede variar nunca. Más curioso aún es el caso, si pensamos que el espín de la partícula tendrá el mismo valor, aún si ésta se encuentra en reposo. Ésta es otra distinción que es preciso hacer con el momento angular en las órbitas de cuerpos normales.

En realidad, una partícula posee tanto la propiedad del espín intrínseco, como el estado de momento angular extrínseco, que es efecto de su traslación como en los demás cuerpos. Es así como podemos decir que el momento angular total de una partícula es la suma de su espín y su momento angular resultante del movimiento.

Una partícula puede tener espín 1, 1/2, 2, etc. Partículas como el electrón y el nucleón poseen espín 1/2. En este caso, el estado de la partícula es de una superposición de dos tipos de rotación (derecha e izquierda a la vez). En el caso de las partículas compuestas, como átomos y nucleones, el valor del espín se toma como el constituyente por las partículas que son parte de la composición. Su momento angular total será también la suma de sus distintos estados.

Controlando el espín

A pesar de que el espín es—como dijimos—un valor intrínseco e inmutable de la partícula, es posible manipularlo en cierto sentido. Este año en Holanda, científicos del Instituto Kavli de Nanociencia de la Universidad Tecnológica de Delft y la Fundación para la Investigación Básica de la Materia lograron controlar el espín de un electrón. En realidad, lo que lograron hacer fue encontrar la manera de cambiar la dirección del espín, lo que en rigor no es cambiar su valor.

En intentos anteriores al que se logró esta vez, el proceso de medir el cambio en la dirección del espín era muy difícil, ya que el ambiente y los campos magnéticos externos (de hecho éste es el método para variar la dirección) interferían de modo que hacían imposible la medición. Así, de manera muy creativa, el cuerpo de investigadores en Holanda logró posicionar a dos electrones juntos, de manera que el segundo electrón pudiese informar en qué medida se había modificado el espín del primero. Un principio en cuántica es que dos electrones con la misma dirección de espín no pueden permanecer juntos. Dos electrones que difieren en la dirección de espín, en cambio, sí pueden. De esta forma, dependiendo de la reacción del segundo electrón, los científicos pudieron medir la magnitud de la manipulación del espín del primero.

Una de las grandes consecuencias de esto, aparte de seguir conociendo más del comportamiento subatómico, es su uso en computación cuántica, un tema del cual hablaremos quizás en otra ocasión.

Relacionado: Single-shot read-out of an individual electron spin in a quantum dot

1. Teoría del todo

Una de las mayores metas que tiene la física actualmente es encontrar una teoría que pueda explicar de una manera completa los fenómenos fundamentales de la naturaleza. Esta teoría, aunque aún no existe, es llamada teoría del todo y debería unificar las cuatro leyes básicas. Éstas son la fuerza electromagnética, la interacción nuclear fuerte, la interacción nuclear débil y la fuerza de gravedad. No entraremos en detalle describiendo en qué consta cada una de ellas. Bastará con decir que las teorías que hoy tenemos (relatividad general y mecánica cuántica) no han logrado unirse para explicar estas fuerzas.

Si la mecánica cuántica fuese sólo necesaria para fenómenos independientes de la relatividad general y de las fuerzas de gravedad y viceversa, entonces quizás no habría ningún problema en tener una descripción de la realidad expresada en dos teorías distintas.
Sin embargo, pensemos qué sucede en un agujero negro, por ejemplo. En la singularidad de un agujero la gravedad es de tal magnitud, que las leyes de la física se modifican en gran medida, por más que éste sea un cuerpo astronómico. El espacio-tiempo se curva de tal manera en este punto, que es muy probable que sea ahí donde la gravedad deba entenderse con relación a los principios de la mecánica cuántica. Pero la gravedad se resiste a ser entendida desde la menor escala. Lo mismo ocurre con la teoría del big bang, cuyo inicio ha sido descrito por la relatividad general, pero que sin embargo debe incluir una comprensión de las fuerzas que actúan a nivel cuántico. En fin, ni la relatividad general ni la física cuántica pueden explicar por separado los fenómenos recién mencionados. Para eso es necesario una teoría del todo, una teoría que unifique las leyes de la naturaleza en una ecuación aún más sencilla.

2. Teoría de Cuerdas: una difícil candidata

Una de las principales candidatas para la teoría unificada o teoría del todo es la teoría de cuerdas. Según esta teoría las partículas elementales ya no son entendidas como puntos, sino como objetos unidimensionales, es decir, como cuerdas. De este modo, ya no existiría una gran lista de partículas distintas. Cada partícula estaría incluída potencialmente en la cuerda y sería expresada según la vibración que ésta tenga. Las partículas surgirían así de las exitaciones de la cuerda.

Sin embargo, en la actualidad esta teoría no ha logrado ser aceptada y no tiene poder predictivo alguno. Uno de los problemas es que esta teoría establece que la realidad no cuenta con cuatro dimensiones básicas (tres espaciales y una temporal), sino con 11 dimensiones (las 3 espaciales, una temporal y 6 dimensiones extra). Es precisamente aquí donde entraría la gravedad. Las 6 dimensiones extra estarían compactadas y de ellas se emitirían gravitones, los responsables de la fuerza gravitacional. En la imagen podemos ver, desde una geometría muy compleja, una manera coherente en la que estas dimensiones podrían compactarse. Pero, como hemos dicho, en ellas se encuentra tanto el éxito de la teoría (por incluir a la gravedad) como su fracaso (por su difícil predicción).

Otro problema es que las cuerdas existirían en la escala de Planck, lo cual es un nivel muy pequeño: aproximadamente 10^-33 centímetros. Por esta razón muchos físicos que se oponen a la teoría han dicho con tono de burla que para detectar una cuerda habría que construir un acelerador de partículas del porte de la vía láctea.
El tema dará para mucho más aún, pero hoy llego hasta aquí.

Relacionados: The Official String Theory Web Site

El experimento mental de lanzar un objeto a un agujero negro abre un nuevo concepto de localidad y de relatividad en la física.

1. Introducción

La velocidad de escape es la aceleración que necesita un cuerpo para superar la atracción gravitacional de otro cuerpo de mayor masa, como un planeta. ¿Qué sucedería si la velocidad de escape de un cuerpo fuese mayor que 300.000 kilómetros por segundo? Dado que la luz viaja a esa velocidad, se deduce que ella no podría escapar de esta gran masa. Estos cuerpos masivos existen y son llamados agujeros negros. Un agujero negro es un cuerpo de gran masa y densidad, es decir, es una gran cantidad de masa concentrada en una región determinada del espacio, de tal forma que no se puede observar luz escapando de él.

Estas supermasas poseen en el centro algo que denominamos “singularidad”, pues ahí es donde se concentra toda la masa. No es posible llamarla de otra forma, ya que en tal punto el espacio-tiempo se curva de tal manera, que las leyes de la física son completamente distintas. La singularidad está rodeada por un perímetro llamado “horizonte de sucesos” más allá del cual la luz no puede escapar. Mejor dicho, es el lugar a partir del cual un observador fuera del agujero deja de ver la luz que se refleja de él. Las características de un agujero negro son tan impresionantes, que el comportamiento al que estarían sometidos los cuerpos dentro del horizonte de sucesos es algo que no deja de impresionar a físicos y astrónomos.

Por otra parte, los problemas de la mecánica cuántica son otro enigma para la física. Se ha pensado que el estudio de los agujeros negros podría complementarse con una comprensión de la realidad cuántica, pensando en la singularidad y en la manera en que los principios de la naturaleza varían en los alrededores de un agujero, tal como varían al observar el comportamiento de las partículas elementales.

Llamamos “superposición cuántica” a la capacidad de una partícula, dada su naturaleza-onda partícula, para encontrarse en dos estados opuestos a a vez. De este modo, es posible observar a una partícula teniendo dos posiciones distintas o dos tipos energía al mismo tiempo. Se piensa comúnmente que una superposición sucede únicamente a nivel cuántico. No obstante, un nuevo experimento mental relacionado con los agujeros negros describe cómo un cuerpo de gran escala (no cuántico) podría encontrarse en una situación similar, sin estar en un lugar determinado dentro del espacio.

2. ¿Dónde está el elefante?

Leonard Susskind, un físico de la Universidad de Stanford California, ha creado un experimento en que un elefante cruza el horizonte de sucesos. Él ha llamado esto “una nueva forma de relatividad”. Supongamos dos observadores: el observador A está ubicado fuera del horizonte, mientras que el observador B está dentro. Si lanzamos un elefante a un agujero negro, su ubicación en el espacio podría sufrir una especie de ambigüedad. Susskind afirma que en este experimento el concepto cotidiano de ubicación cambia. Yo puedo decir que estoy aquí sentado escribiendo y no en la calle caminando, lo cual es una localización determinada. Incluso en la relatividad general tenemos ubicaciones específicas en el espacio, solamente que ciertos datos como la distancia y los intervalos de tiempo varían para distintos observadores. En el siguiente ejemplo, la relatividad es aún más intrínseca al cuerpo que es observado.

Bien, lanzamos el elefante al agujero negro. En un primer momento el observador A observará desde fuera que el elefante se acerca lentamente, cada vez más lentamente, al horizonte. Debido a que el elefante acelera cada vez más cerca de la velocidad de la luz, las emisiones desde A demoran cada vez más en llegar al elefante. Esto ocasiona que para A el elefante se acerque extremadamente lento al horizonte. En el mismo instante, en cambio, el observador B ya habrá observado desde dentro que el elefante ha cruzado el horizonte de sucesos, ya que para él no ocurre la dilatación temporal ya mencionada.
En el segundo instante, A podrá ver cómo el elefante se desintegra al cruzar el horizonte de sucesos, debido a la gran gravedad del agujero. Pero B—que acelera igualmente hacia el interior de la singularidad—observará al elefante todavía cayendo, igual que él.

3. Conclusión

La conclusiones de este experimento son impresionantes:

- La información dentro de un agujero no se pierde. Hawking informó en el 2004 que cierta radiación escapa del agujero, por lo que la información que ingresa no se pierde del todo. El experimento del elefante, por otro lado, afirma que aún dentro del agujero la información no puede perderse.

- En situaciones en las que hay un límite en el espacio que incomunica dos regiones (como sucede en el horizonte de sucesos de un agujero negro), la ubicación de un cuerpo puede tener dos valores diferentes.

- La ambigüedad de estados no ocurre sólo en cuerpos de menor escala (mecánica cuántica), sino también en cuerpos de gran escala.

Actualmente se sigue investigando la relación entre ambas escalas, para así comprender cómo se conjugan las diferentes fuerzas que gobiernan el universo. Los agujeros negros y otros fenómenos en que las leyes de la física puedan llegar a sus extremos (como el Big Bang, por ejemplo) son áreas de investigación en las que seguro se encontrarán respuestas tanto a las preguntas de la mecánica cuántica como a las de la astronomía.

Relacionados:

The elephant and the event horizon

Imagen obtenida de revista New Scientist.

La cosmología contemporánea es conocida por sus descubrimientos y raras teorías. Un ejemplo es la materia oscura. No se trata de algún tipo de materia de un color determinado. Los cosmólogos llaman así a una clase hipotética de partículas que no son percibidas por la radiación que emiten, como todo lo demás en el universo. Una de las tesis fundamentales de la astronomía es afirmar que el universo está formado totalmente por materia. De ahí que una de las dudas más grandes actualmente es sobre la existencia de esta materia oscura, la cual es deducida por los movimientos de otra materia a su alrededor.

Es que en realidad ésta no emite aparentemente ningún tipo de radiación dentro del espectro electromagnético que va desde los rayos gamma de alta frecuencia hasta las ondas de radio de muy baja frecuencia. No se trata de una parte no visible del espectro, como las frecuencias recién mencionadas o las ondas de microondas o infrarrojas. La materia oscura no es clasificable en ningún lugar del espectro electromagnético completo, incluyendo lo que hay fuera del espectro visible. Si hay partes de alguna galaxia que no son visibles, entonces es posible utilizar telescopios de radio, por ejemplo, y luego interpretar las señales dependiendo de su frecuencia. Pero con la materia oscura existe una técina distinta a la hora de “percibirla”: su existencia se deduce por efectos gravitatorios en otro tipo de cuerpos como galaxias, estrellas, etc.

El gran problema de la materia oscura surge al contrastar las observaciones con los cálculos. Es en el choque mismo entre teoría y experiencia donde la ciencia hace mejor su trabajo. Según diferentes cálculos que se han hecho usando los efectos gravitatorios, se estima que hay en el universo una cantidad de materia total mucho mayor de la que podríamos observar. Se cree que un 25% del universo está compuesto de materia oscura, a pesar de que jamás haya sido observada directamente en un observatorio.

Las consecuencias que podría tener una prueba consistente y definitiva de su existencia son importantes no sólo para una comprensión del universo actual, sino de toda su evolución. Es decir que una resolución de este problema llamado “problema de la materia oscura” podría ayudar a resolver preguntas relacionadas con la teoría del Big Bang. De su existencia o ausencia depende qué tipo de final tendrá el universo.

Según la teoría del Big Bang el universo se encuentra en estado de expansión desde su comienzo. No obstante, su final aún está en cuestión. Si la hipótesis de la materia oscura es refutada, podríamos deducir que el universo continuará en expansión para siempre, ya que no habría suficiente masa y gravedad como para invertir la expansión. Por otra parte, si la hipótesis llegara a confirmarse, la expansión podría desacelerarse o incluso detenerse. Pero todavía no hay una respuesta definitiva.

La composición de estos cuerpos es, como podrá pensarse, todavía pura especulación, pero se cree que son cuerpos muy masivos y densos. Con respecto a la solución del problema de la materia oscura, la mayoría de los cosmólogos creen que ésta sí existe. Hay quienes como Mordehai Milgrom que proponen que la solución no está en la materia misma, sino en las leyes del movimiento con las cuales la observamos. Él estableció la teoría llamada Dinámica de Newton Modificada (DINEMO o MOND en inglés), según la cual se propone una explicación de la rotación de galaxias sin la necesidad de incluir la hipotética materia oscura. Esta teoría es muy criticada actualmente y es difícil que sea aceptada como plausible en cosmología. Una de las principales razones de esto es su incompatibilidad en algunos puntos con la Relatividad General, lo cual es más que un detalle.

Relacionados:

Cosmic Hide and Seek: the Searchfor
the Missing Mass

Problems for MOND in
Clusters and the Ly-alpha Forest