¿Viajar en el tiempo es realmente imposible? La física tiene la respuesta

Los científicos han desvelado un nuevo conocimiento sobre la naturaleza fundamental de las ondas y su relación con el tiempo, lo que podría remodelar la comprensión del universo.

Durante décadas, los físicos han comprendido cómo interactúa la luz con la materia, y a menudo la describen mediante ecuaciones de onda estándar. Sin embargo, el profesor asistente Matias Koivurova, de la Universidad del Este de Finlandia, decidió desafiar esta sabiduría convencional. Postuló que la velocidad de una onda podría no ser siempre constante, y esto llevó a la formulación de una “ecuación de onda de aceleración”.

La solución inicial a esta ecuación dejó perplejos a los científicos, pero cuando Koivurova se asoció con el grupo de Óptica y Fotónica Teórica, dirigido por el profesor asociado Marco Ornigotti de la Universidad de Tampere, comenzaron a desentrañar sus profundas consecuencias. Descubrieron que este nuevo marco ofrecía una dirección del tiempo bien definida, una flecha del tiempo, según decidieron llamar a este hecho, que está estrechamente relacionada con el comportamiento de las ondas en aceleración.

Tradicionalmente, la dirección del tiempo se ha entendido a través de la termodinámica, donde el aumento de la entropía (la energía no utilizable para realizar trabajo y que se expresa como el cociente entre el calor cedido por un cuerpo y su temperatura absoluta) indica el avance del tiempo. Sin embargo, la investigación de Koivurova muestra que la ecuación de la onda acelerada crea una flecha del tiempo de forma independiente. Permite que fluya solo en una dirección, lo que proporciona información sobre por qué las partículas individuales parecen poseer una dirección fija del tiempo.

Este descubrimiento, que fue publicado en la revista Óptica, arroja luz sobre algunos misterios de larga data de la física y revela una flecha del tiempo previamente inexplorada.

La importancia de este descubrimiento se extiende a todos los fenómenos ondulatorios del mundo natural, haciendo de la dirección fija del tiempo una propiedad general de la naturaleza. Ofrece una perspectiva novedosa sobre la relación entre el tiempo y el comportamiento de las ondas, con implicancias de gran alcance para diversas disciplinas científicas.

Una consecuencia crítica de esta investigación se relaciona con la larga controversia entre Abraham y Minkowski, que gira en torno al comportamiento del impulso de la luz cuando ingresa a un medio. Si bien este debate ha continuado con evidencia experimental que respalda a ambos lados, el equipo de Koivurova descubrió que la ecuación de onda acelerada conserva el impulso de la luz, resolviendo la disputa y atribuyendo la conservación del impulso a efectos vinculados a la relatividad.

Este marco innovador también permite el modelado analítico de ondas dentro de materiales que varían en el tiempo, lo que permite a los científicos explorar situaciones que antes solo eran accesibles a través de simulaciones numéricas. Una aplicación particularmente intrigante incluye el estudio de cristales de tiempo fotónicos desordenados, materiales hipotéticos en los que las ondas se desaceleran exponencialmente mientras aumentan exponencialmente en energía. La investigación muestra que este cambio es el resultado de la experiencia de la onda en el espacio-tiempo curvo, violando localmente el principio de conservación de energía.

Este extraordinario avance en física desafía la comprensión fundamental del universo y allana el camino para futuras investigaciones. Tiene efectos de gran alcance, desde fenómenos ópticos cotidianos hasta pruebas de laboratorio de la relatividad general. No sólo ofrece nuevos conocimientos sobre la relación entre las ondas y el tiempo, sino que también permite vislumbrar por qué el tiempo tiene una dirección preferida.