El viaje en el tiempo: ciencia, límites y posibilidades

Por qué el viaje en el tiempo sigue entusiasmando a los físicos

Hablar de máquinas del tiempo suena a ciencia ficción, pero la cuestión ha impulsado algunas de las teorías físicas más profundas de los siglos XX y XXI. La relatividad general —la teoría geométrica de la gravedad de Einstein— permite soluciones matemáticas en las que una línea de universo puede cerrarse sobre sí misma. La teoría cuántica, a su vez, plantea sus propios enigmas sobre la causalidad y la información si tales bucles existen. En las últimas tres décadas, los investigadores han pasado de construcciones puramente teóricas a experimentos de laboratorio que exploran la interacción entre la mecánica cuántica y el tiempo. El resultado es un mapa más claro de lo que la física permite en principio, lo que prohíbe en la práctica y lo que los experimentos pueden probar actualmente.

Lo que las ecuaciones permiten: curvas temporales cerradas y espaciotiempos exóticos

En el lenguaje de la relatividad, el “viaje en el tiempo” suele significar la existencia de curvas temporales cerradas (CTC): líneas de universo que regresan a su propio pasado. Varias soluciones exactas a las ecuaciones de Einstein contienen CTC. Entre ellas se incluyen soluciones de universos rotatorios, ciertos cilindros rotatorios idealizados y agujeros de gusano atravesables teóricos cuyas dos bocas están dispuestas de modo que diferentes relojes en ellas marquen horas distintas. Las métricas diseñadas para el movimiento más rápido que la luz —los llamados motores de curvatura— también conectan con las CTC en muchas construcciones.

Estas soluciones son matemáticamente coherentes, pero conllevan serias advertencias físicas. La mayoría viola las condiciones de energía que, en situaciones cotidianas, garantizan una densidad de energía local positiva. Crear un agujero de gusano atravesable o una burbuja de curvatura al estilo de Alcubierre requiere formas de energía-momento con densidad de energía “negativa”: materia exótica o efectos de vacío cuántico concentrados de forma extrema. Estas exigencias llevan las construcciones a regímenes donde la física conocida se vuelve incierta.

La física que podría proteger la causalidad

Muchos físicos ven la existencia matemática de las CTC como un indicio de que nos falta un principio dinámico esencial. Una idea influyente es que los efectos cuánticos reaccionan sobre el espaciotiempo para evitar violaciones macroscópicas de la causalidad: cuando se forma lo que sería una máquina del tiempo, las fluctuaciones del vacío y la energía se acumulan de tal manera que desestabilizan el sistema. La intuición es que las leyes que gobiernan la materia y los campos cuánticos pueden conspirar para evitar que se formen escenarios paradójicos, una idea que a veces se resume como un mecanismo de “protección de la cronología”.

Incluso sin una teoría cuántica de la gravedad completa, los análisis semiclásicos sugieren que existen barreras prácticas: los requisitos energéticos y de ingeniería parecen astronómicos, y la estabilidad frente a los campos cuánticos es dudosa. En resumen, aunque la relatividad general permite muchas geometrías exóticas sobre el papel, la microfísica y el coste energético probablemente bloquean su realización.

Giros cuánticos: dos formas de pensar en el viaje en el tiempo cuántico

Cuando la mecánica cuántica se combina con la idea de las CTC, surgen posibilidades conceptuales sorprendentes. Se han desarrollado dos marcos generales para modelar cómo se comportarían los sistemas cuánticos si partes de sus líneas de universo retrocedieran en el tiempo.

Estas dos visiones son matemáticamente diferentes y conducen a consecuencias físicas e informativas distintas. Crucialmente, ninguno de los modelos requiere que construyamos realmente una máquina del tiempo en el espaciotiempo; ambos sirven como experimentos mentales y, en algunos casos, como prescripciones que pueden simularse en el laboratorio.

Computación, paradojas y beneficios sorprendentes

El estudio de las CTC ha aportado ideas inesperadas sobre la computación. Si el comportamiento de tipo CTC estuviera disponible como recurso físico, alteraría radicalmente la potencia computacional: ciertos modelos muestran que el acceso a recursos de bucles temporales podría permitir que las máquinas resuelvan problemas considerados intratables hoy en día. Ese resultado ha ayudado a los investigadores a explorar los límites de la complejidad computacional y a perfeccionar nuestra comprensión de lo que las leyes físicas implican para el procesamiento de la información.

En cuanto a las paradojas, las formulaciones cuánticas suelen evitar las contradicciones clásicas. En lugar de una única historia inconsistente, la prescripción cuántica exige un punto fijo autoconsistente de la evolución, o bien utiliza la postselección probabilística para eliminar las ramas paradójicas. Estas soluciones intercambian las paradojas por otras características contraintuitivas: no linealidad, efectos similares a la clonación o cambios en las correlaciones permitidas.

Simulaciones de laboratorio: “viaje en el tiempo” para experimentos cuánticos

En este punto, el campo ha ido más allá de la pura especulación. Los experimentos de óptica cuántica y basados en circuitos pueden simular aspectos de bucles temporales hipotéticos utilizando entrelazamiento, teletransporte y postselección. Experimentos recientes implementaron simulaciones de protocolos de bucles temporales basadas en el teletransporte y demostraron ventajas prácticas: por ejemplo, mostraron cómo un truco probabilístico de “enviar la entrada al pasado” puede mejorar a veces la información que un metrólogo extrae de una sola sonda. Estos resultados no hacen que las máquinas del tiempo sean reales, pero muestran que los protocolos inspirados en las CTC pueden ser herramientas útiles en la detección y medición cuánticas.

Mientras tanto, los relojes de precisión han alcanzado sensibilidades donde las diferencias de tiempo relativistas a través de centímetros o incluso milímetros son medibles. Los relojes atómicos ópticos y las propuestas de interferometría de tiempo propio ponen las descripciones cuánticas y relativistas del tiempo al alcance de la experimentación. Esto permite a los laboratorios comprobar, de forma controlada, si la evolución de los relojes cuánticos en diferentes potenciales gravitatorios sigue la imagen clásica del tiempo propio o si aparecen características genuinamente cuánticas del tiempo.

A qué se enfrentaría realmente un viajero

Incluso en modelos especulativos donde existen las CTC, los análisis detallados de la materia y la termodinámica sugieren restricciones desagradables. Algunos trabajos teóricos sostienen que los sistemas que viajan a través de su propio pasado tendrían que reiniciar sus grados de libertad internos para que la entropía y los recuerdos registrados vuelvan a sus estados iniciales al final del bucle. En otras palabras, un viaje alrededor de una curva temporal cerrada podría borrar los recuerdos del viajero y revertir los aumentos de entropía, haciendo que la experiencia subjetiva del viaje en el tiempo sea más extraña que cualquier ficción.

Entonces, ¿es posible el viaje en el tiempo?

Respuesta corta: no de ninguna manera útil para los seres humanos. Respuesta larga: las ecuaciones fundamentales de la gravedad y la mecánica cuántica siguen admitiendo trayectorias y modelos que se asemejan al viaje en el tiempo hacia atrás, pero cada ruta físicamente plausible choca con restricciones: condiciones de energía, inestabilidades cuánticas, incógnitas a escala de Planck o rarezas termodinámicas. Lo que los experimentos están haciendo en su lugar es mucho más productivo para la ciencia: están explorando la frontera donde la teoría cuántica y la relatividad se encuentran, utilizando ideas inspiradas en experimentos mentales de viajes en el tiempo para construir mejores sensores, probar la causalidad cuántica y poner a prueba nuestras teorías.

Por qué esto es importante

Las preguntas sobre el viaje en el tiempo no son solo curiosidades especulativas. Obligan a los físicos a abordar la interfaz entre la teoría cuántica, la termodinámica y la estructura del espaciotiempo. Ese trabajo impulsa avances en el cronometraje de precisión, en la información cuántica y en la claridad conceptual sobre la causalidad y la información. Aunque los turistas del futuro nunca lleguen, la investigación inspirada en los enigmas del viaje en el tiempo está remodelando la forma en que medimos y manipulamos el tiempo mismo.

— Mattias Risberg, Dark Matter