Respondo a un lector lleno de preguntas interesantes. Hoy, intento elaborar una respuesta a las cinco primeras.


1) En un sistema uniformemente acelerado, ¿cuál es el valor de la velocidad de la luz cuando esta viaja paralelamente al vector de aceleración? ¿es diferente a c? ¿Puede llegar a observarse un valor nulo? ¿Tiene esto algo que ver con la imposibilidad de que un fotón no escape de un agujero negro?

Todas las paradojas asociadas a la relatividad especial y general siempre deben plantearse entendiendo en qué sistema de referencia se halla el observador. Cuando dices "en un sistema uniformemente acelerado" queda implícito que tú estás fuera de él y por ello lo consideras acelerado. Otro observador situado en ese sistema te consideraría a ti como acelerado. La velocidad de la luz siempre es la misma en ambos (por postulado). Por ello aparece un fenómeno inesperado. El tiempo parece correr a diferentes ritmos dependiendo del sistema de referencia en que nos situemos.

Intento ser más explícito. Para ello vamos a construir un reloj. Este reloj se compone de dos espejos paralelos y opuestos. Un fotón va del uno al otro rebotando sin cesar. Cada rebote en un espejo corresponde a un click. Esa es mi unidad de tiempo: el intervalo entre dos clicks. Tengo mi reloj y veo como hace click-click-click. Pero otro observador situado en un sistema acelerado me está mirando atentamente y analiza mi reloj. Imagina bien la situación. Ese observador ve mis dos espejos y a mí mismo acelerados. Imagínatelos pasando de izquierda a derecha frente a ti, acelerándose. Dado que la luz siempre va a la misma velocidad, el recorrido del fotón entre rebotes sigue un camino en zig-zag que se va alargando. Para ese observador, mi reloj hace clicks lentos: click-cliik-cliiik-cliiiik. Mi tiempo se ralentiza, visto por él. En cambio en mi sistema el tiempo sigue como siempre.

Este es el efecto de "infinite red shift" en la caída en un agujero negro. Un reloj que caiga en él parece ralentizarse infinitamente, visto por un observador exterior.


2) ¿Interaccionan dos fotones (reales) entre sí? ¿Emiten estos partículas virtuales? Si es que sí, ¿hay alguna condición en que un fotón sufra autocampo?

Sí. Dos fotones interactúan intercambiando electrones. El diagrama que lo representa es más o menos así:
__  __
__O__

Las líneas horizontales de entrada y salida son fotones, la que forma el círculo son un electrón/positrón (de hecho cualquier fermión con carga eléctrica). La idea es la siguiente: un fotón pasa a ser una pareja electrón-positrón, el electrón va al otro fotón y sigue circulando hasta que es aniquilado por el positrón. Se trata de una fluctuación cuántica. Esta interacción es de cuarto orden en la electrodinámica cuántica y, por lo tanto, suprimido por un factor (1/500)^4. Es un fenómeno sutil pero muy bien conocido y verificado.


3) ¿Es compatible el principio de indeterminación de Heisenberg con decir que sabemos con exactitud la velocidad de la luz sin por ello tener al fotón completamente deslocalizado en el espacio? ¿O es la frecuencia la variable que se ve afectada por la incertidumbre, ya que es la que determina el momento?

Tomemos la energía del fotón. La variable conjugada es el tiempo. Sería preciso una medida que llevase un tiempo infinito para tener precisión infinita en el resultado de la energía. Cualquier medida en un laboratorio emplea un tiempo finito y lleva asociada una indeterminación en la energía. Las líneas espectrales tienen pues un grosor que no puede violar el principio de indeterminación.


4) Si por algún motivo existieran variables ocultas, ¿seguiría habiendo computación cuántica como tal? En caso afirmativo, ¿cambiaría algo en ella?

Si existieran variables ocultas que describieran correctamente toda la mecánica cuántica, tendríamos una forma claśica de entender las superposiciones cuánticas y el entrelazamiento. Sin ellos no habría ventaja alguna en un ordenador cuántico, porque de hecho sería clásico. No es aquí el lugar para analizarlo, pero existen numerosos experimentos que descartan las teorías de variables ocultas de forma contundente.


5) Si A="posición de una partícula" y B="probabilidad de A", gramaticalmente se acepta que B es derivada de A, o que B es un subconjunto de A. No obstante, me da la sensación de que la mecánica cuántica afirma que B es más fundamental que A. Si esto es así, ¿no habría que reconstruir algún concepto para que gramaticalmente fuera A la que se deriva de B?


Correcto. La mecánica cuántica da la función de onda, es decir, la amplitud de probabilidad de hallar una partícula de hallarse en un punto. Con esa función de onda se puede predecir la probabilidad de encontrar la partícula en un lugar y, también, la de medir cualquier otra propiedad que deseemos (momento, energía, etc). El concepto de función de onda es pues más básico que el de las probabilidades explícitas que deseemos medir. Tal vez deberíamos cambiar la gramática para expresar este tipo de ideas pero confieso que no he entendido bien tu pregunta.



Otro día seguimos con más preguntas!

José Ignacio Latorre
José Ignacio Latorre

Catedrático de física teórica de la Universidad de Barcelona y Director Gerente del Centro de Ciencias de Benasque Pedro Pascual

Sobre este blog

Vivir en el límite del conocimiento es un privilegio.

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