Olvídese de cremas anti-edad y tratamientos capilares: si quiere seguir pareciendo joven, hágase con una nave espacial suficientemente rápida. Esto es lo que aprendimos hace un siglo de la teoría de la relatividad de Einstein, y se conoce normalmente como "paradoja de los gemelos".

Imagínense dos gemelos. Son idénticos en todo, excepto en una cosa: uno de ellos tiene una nave espacial muy cara como la TARDIS del Doctor en Dr. Who (aunque sin la capacidad de viajar en el tiempo). Mientras el otro gemelo continúa perdiendo pelo y esperanzas en la Tierra, el viajero va hasta una estrella lejana y vuelve al lugar de origen, todo ello a velocidades próximas a la velocidad de la luz. Cuando se encuentran de nuevo, el aventurero ha envejecido menos que el sedentario. Esto es debido a la aceleración necesaria para despegar y aterrizar, así como para cambiar de sentido al iniciar el viaje de vuelta. Una célebre predicción de la Relatividad General de Einstein es que los relojes que experimentan aceleraciones diferentes, también miden tiempos diferentes. Por extraño que parezca, estos efectos relativistas de dilatación temporal han sido comprobados de distintas maneras muchas veces en el laboratorio y son tenidos en cuenta rutinariamente por el Sistema de Posicionamiento Global (GPS, por sus siglas en inglés).

La TARDIS de Dr. Who

El GPS es capaz de proporcionar nuestra posición llevando cuenta de manera muy precisa de señales emitidas por satélites, para lo cual tiene que tener en cuenta la dilatación temporal debida a las diferentes aceleraciones de los satélites. Los relojes del GPS son muy precisos gracias a estas correcciones relativistas y por ello los receptores de GPS en nuestros teléfonos inteligentes pueden determinar nuestra posición con una precisión de metros. Esta precisión podría mejorarse usando los relojes más precisos que conocemos sobre la Tierra, llamados "relojes cuánticos" ya que se rigen por las leyes de la física cuántica. De hecho, existen planes avanzados financiados por agencias espaciales para poner estos relojes en órbita. Es natural pensar que un GPS que funcionara con relojes cuánticos tendría también que tener en cuenta efectos relativistas. Sin embargo, mi paciente lector tal vez haya leído que no sabemos cómo combinar física cuántica y relatividad. La incapacidad para unificar estas dos teorías es todavía uno de los retos más importantes de la ciencia moderna. Pero alguna cosa sí que sabemos.

En 2011 fuimos testigos de la primera comprobación experimental de un fenómeno, a la vez cúantico y relativista, llamado Efecto Casimir Dinámico. Este efecto fue predicho teóricamente en 1970 y consiste en lo siguiente. Se atrapa luz entre espejos y los espejos se mueven a velocidades cercanas a la de la luz, lo cual genera más luz. Incluso si al principio no había luz entre los espejos, sólo vacío, la luz aparece porque el espejo transforma el vacío cuántico en partículas. Esto es debido a que el vacío cuántico es como un mar de partículas, llamadas "virtuales", que son constantemente emitidas y reabsorbidas sin que exista posibildad de que se detecten el laboratorio. Si el espejo se mueve muy rápido algunas de estas partículas se reflejan en el espejo antes de desaparecer y pueden ser observadas. He intentado hacer este experimento con el espejo de mi cuarto de baño (el cual, por cierto, también lleva una cuenta cruel y precisa del paso del tiempo, como si fuera un reloj cuántico) pero es muy difícil moverlo a velocidades cercanas a la de la luz (recuerden que la luz recorre 300 mil kilómetros en un segundo). Esta dificultad fue superada en el experimento del grupo del profesor Per Delsing en la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) en 2011. En ese caso los espejos eran muy distintos al de mi cuarto de baño o aquel espejo roto que le gustaba mirar a Shirley Maclaine en "El Apartamento". En realidad, eran campos magnéticos en el interior de un Mecanismo de Interferometría Cuántico y Superconductor (SQUID, por sus siglas en inglés). En el experimento, estos campos tenían el mismo efecto que un espejo, es decir, hacían rebotar la luz de un lado a otro. Pero al contrario que el de la señorita Kubelik, este tipo especial de espejo podía moverse a velocidades muy próximas a la de la luz.

"I know. I like it that way. Makes me look the way I feel". El espejo roto de "El Apartamento"(Billy Wilder, 1960).

A Einstein le gustaba pensar en los relojes como en objetos en los que la luz rebota de un espejo a otro. De esta forma, el tiempo puede deducirse como la distancia entre los espejos dividida entre la bien conocida y constante velocidad de la luz. Sin embargo, nunca pensó en la creación de partículas por el movimiento, una predicción que fue publicada años después de su muerte. En nuestro trabajo reciente, publicado en Physical Review A, colegas de Chalmers, Nottingham y Varsovia hemos propuesto un experimento para medir la paradoja de los gemelos en este tipo de sistemas físicos. La posibilidad de alcanzar velocidades y aceleraciones enormes permite que observemos dilatación temporal en una distancia muy pequeña -unos pocos milímetros-. Nuestras predicciones muestran que la creación de partículas por el movimiento cambia la magnitud de la dilatación temporal entre los relojes. Creemos que esta es una lección interesante sobre la combinación de mecánica cuántica y relatividad, que podría ser relevante en los experimentos en el espacio.

Más aún, el tamaño de los relojes suele ser ignorado en los experimentos de paradoja de los gemelos, ya que el reloj se aproxima como un punto (una aproximación que funciona si la aceleración no es tan gigantesca como la del experimento que proponemos). En nuestro caso, la diferencia en la medida del tiempo debido a la diferencia de aceleraciones es incluso notable para la estructura interna de cada reloj, ya que los dos espejos que lo componen están separados por una cierta distancia. Nuestros resultados muestran que la dilatación temporal es más grande cuanto más grande es el reloj. De manera que el tamaño sí importa. Olvídense de cremas anti-edad y tratamientos capilares: si de verdad quieren permanecer jóvenes, además de la nave espacial, compren un reloj más grande. 

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Carlos Sabín
Carlos Sabín

Físico teórico. Investigador "Junior Leader" en el Instituto de Física Fundamental del CSIC.

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