El vacío cuántico le da poder a la energía oscura para que el universo se expanda

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Los cosmólogos creen que algo así como tres cuartas partes del Universo están hechas de una misteriosa energía oscura la cual explicaría la expansión acelerada que tiene el cosmos. 

Pese a que desconocen todavía de que está formada esta fuerza, presentan algunas soluciones. Una de estas soluciones tiene que ver con la quintaesencia, que es agente invisible, gravitatorio, que en lugar de atraer los objetos tiende a repelerlos y esto hace que la expansión del universo sea acelerada. Desde el mundo clásico y hasta la Edad Media, este término se ha referido al éter o al quinto-elemento de la naturaleza junto a la TIerra, el Fuego, el Agua y el Aire. Otra posibilidad es la presencia de energía o de un campo invisible cuya densidad se incrementa con el tiempo causando una exponencial aceleración cósmica.

De todo esto se sabe también que la velocidad de expansión podría alcanzar velocidades tan grandes, en el futuro, que serían capaces de romper las fuerzas nucleares de los átomos, y con esto, llegaría el fin del Universo en unos 20,000 millones de años. 

Ahora, científicos de la Universidad de Barcelona y de la Academia de Atenas han utilizado los mismos datos de satélite para demostrar que para comprender el comportamiento de la energía oscura, para que pueda existir, no es necesario recurrir a la quintaesencia o a la energía fantasma.

“Nuestro estudio teórico demuestra que la ecuación del estado de la energía oscura puede puede simular un campo de quintaesencia, sin serlo en realidad, de tal manera que cuando vemos estos efectos en las observaciones que han realizado los satélites WMAP y Planck, lo que estamos viendo es en realidad un espejismo”, afirma Joan Solá, uno de los autores, de la Universidad de Barcelona.

Añade que “lo que nosotros pensamos que está sucediendo es un efecto dinámico del vacío cuántico, un parámetro que podemos calcular”.

Hay que mencionar también que el concepto de vacío cuántico no tiene que ver con la clásica noción de nada absoluta, de ahí que este investigador se atreva a afirmar que “nada está más lleno que el vacío”. 

También proponen que la energía oscura es un tipo de energía vacío-dinámico-cuántico que actúa en la aceleración del universo. Esta propuesta contradice el modelos estático o la llamada constante cosmológica.

En conclusión, y de acuerdo con lo que los autores de este estudio proponen, la explicación de la existencia de un vacío cuántico dinámico es la más simple y natural si la compramos con las otras teorías que se han propuesto sobe el tema.  

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Daily Galaxy.

 

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Científicos dan un nuevo paso en la comprensión del Big Bang

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Actualmente los físicos son incapaces de saber qué sucedió con exactitud durante la Gran Explosión o Big Bang. Tanto la teoría cuántica como la Teoría de la Relatividad fallan a la hora de describir lo que sucedía en aquella densa y caliente sopa de partículas que estaba presente en los primeros minutos en que se formó el universo. Solamente una teoría de la gravedad cuántica que unificara estas dos pilares fundamentales de la física podría proveer de respuestas a preguntas tan importantes respecto a cómo se formó el cosmos.

En este sentido, científicos del Instituto de Física Gravitacional del Instituto Max Planck han hecho un importante descubrimiento hacia esta ruta. De acuerdo con su teoría, el espacio consiste en pequeños bloques. Y tomando como punto de partida a estos pequeños bloques, han podido llegar hasta las ecuaciones de Friedmann, las cuales ayudan a describir el universo y muestran que tanto la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad realmente pueden ser unificadas.

Por casi un siglo las dos mayores teorías de la física han coexistido pero siempre han estado peleadas: mientras que la Teoría General de la Relatividad de Einstein describe la gravedad y todo lo que sucede en el mundo macroscópico, la física cuántica describe el mundo de los átomos y de las partículas elementales. Ambas teorías funcionan muy bien en sus propios límites, sin embargo se derrumban en ciertas regiones extremas y en distancias específicas como en la llamada escala de Planck. En este tenor podemos decir que el espacio y el tiempo no tiene ningún significado, deja de funcionar, en los agujeros negros o durante la Gran Explosión.

Daniele Oriti del Instituto Albert Einstein utiliza un fluido para ilustrar esta situación: “Nosotros podemos describir el comportamiento del agua corriendo a través de la ya conocida y clásica teoría hidrodinámica. Pero si nos vamos a escalas cada ves más pequeñas y llegamos a átomos individuales, esta teoría deja de funcionar y es entonces cuando necesitamos de la física cuántica”.

Así como los líquidos están compuestos de átomos, Oriti se imagina el espacio como algo hecho por delgadas células o “átomos de espacio”, por lo que una nueva teoría es necesaria para describirlos: en este caso una teoría cuántica de la gravedad.

En la teoría de la relatividad de Einstein el espacio es un continuo pero Oriti rompe con esta postura y presenta la idea de células elementales y delgadas que funcionan al mismo tiempo tanto con la mecánica cuántica como con la teoría de la relatividad y de esta forma unifica ambas teorías.

Pero el problema fundamental de todas las aproximaciones a la gravedad cuántica consiste en conjuntar y conciliar las inmensas escalas que existen entre los átomos y las dimensiones del universo y en esto es en lo que está trabajando Oriti y su equipo.

La tarea que tienen ahora es describir cómo evolucionó el espacio en el universo partiendo de estas células elementales.

Y otro punto importante a destacar es que su teoría solamente es aplicable al universo homogéneo y el mundo real es mucho más complejo ya que está lleno de inhomogeneidades como los planetas, las estrellas y las galaxias. Pero el grupo de Oriti ya está trabajando para incluir en su teoría dicha falta de homogeneidad.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia:  Phys.org

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Por primera vez logran teletransportar información sobre un circuito electrónico

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Puede ser que teletransportar objetos sea algo que solamente se pueda ver en películas de ciencia ficción, pero teletransportar información es algo completamente diferente y es algo que, por primera vez, han logrado hacer un equipo de investigadores con un chip electrónico.

Lo que hicieron fue teletransportar información en un sistema sólido a través de una distancia de tan sólo seis milímetros, de una las esquinas del chip hacia la otra. Este logro fue posible sin la necesidad de utilizar algún objeto físico que cargara con dicha información.

Para el experimento los científicos utilizaron un dispositivo similar a un chip de computadora y, a diferencia de un chip convencional, la información no fue guardada ni procesada bajo las leyes clásicas de la física. De hecho, utilizaron la mecánica cuántica al crear un estado de entrelazamiento cuantico desde la parte desde que se envió la información y hacia donde se recibió.

“Usualmente la información se transmite a través de pulsos electromagnéticos. En la comunicación vía móvil, por ejemplo, se utilizan pulsos de microondas mientras que en conexiones de fibra óptica se utilizan pulsos ópticos”, afirmó Andreas Wallraff. Y en este nuevo método la información no se transmitió por ningún medio, simplemente pasó de un lugar a otro a través del fenómeno cuántico de entrelazamiento.

A pesar de que lograr transmitir información a una distancia de tan solo seis milímetros sea algo que resulte un tanto desalentador, esta nueva investigación será la base para estudios futuros. De hecho, los circuitos basados en este nuevo funcionamiento serán la base para crear futuras computadoras cuánticas que serán capaces de procesar información a mucho más velocidad que las computadoras actuales.

Por el momento los científicos quieren incrementar la distancia de envío y recepción de la información, posteriormente intentarán teletransportarla entre un chip y otro. Y son optimistas con el hecho de que en el futuro se podrán alcanzar distancias similares a las que actualmente tienen los sistemas ópticos.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Science World Report. 

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Un nuevo principio ayudaría a explicar por qué la naturaleza es cuántica

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Como sucede con los niños pequeños, los científicos siempre se hacen la pregunta de por qué. La respuesta que tienen que resolver es por qué la naturaleza escoge a la física cuántica como una forma sensible de comportamiento.

Sabemos que las cosas que siguen las leyes de la mecánica cuántica, como los átomos, los electrones o los fotones que hacen la luz, están llenos de sorpresas. Pueden existir en más de un lugar al mismo tiempo, por ejemplo, o existir en un estado compartido donde las propiedades de dos partículas muestran lo que Einstein llamaba una misteriosa acción a distancia, sin importar la separación física. Debido a que todo esto ha sido confirmado a través de experimentos, los investigadores están seguros de que la teoría es correcta.

Pero aún sería más fácil de tragar si se pudiera demostrar que la física cuántica surgió a partir de principio subyacentes intuitivos.

Una manera de aproximarse a este problema es imaginar a todas las teorías que uno podría abordar para describir la naturaleza, y luego averiguar qué principios ayudan a destacar la física cuántica.

La Teoría Especial de la Relatividad afirma que nada puede viajar más rápido que la luz. Sin embargo, esto no es suficiente para definir a la física cuántica como la única manera en que la naturaleza se puede comportar. Corsin y Stephanie piensan que han llegado a un nuevo principio útil. “Hemos encontrado un principio que es muy bueno para descartar otras teorías”.

En corto: el principio que debe ser asumido es que si una medición no da información, entonces el sistema que está siendo medido no debe ser perturbado.

La física cuántica acepta que ganar información de los sistemas cuánticos causa perturbación. Corsin y Stephanie sugieren que en un mundo sensible lo opuesto debe ser verdad. Si no aprendes nada luego de medir un sistema, entonces tampoco lo puedes perturbar.

Podemos considerar la famosa paradoja del gato de Schrodinger que es un experimento mental en donde un gato puede existir simultáneamente en dos estados posibles: vivo y muerto (esto es conocido como superposición cuántica). De acuerdo con dicha teoría, es posible que el gato se encuentre simultáneamente vivo y muerto. El verdadero estado del gato se conocerá (se sabrá a ciencia cierta) una vez que la caja sea abierta.

Cuando la caja está abierta, permitiendo así conocer la salud del gato, la superposición colapsa y el gato termina definitivamente vivo o muerto. Y es que el solo hecho de hacer una medición, de observar al gato, hace que su estado sea perturbado.

Ésta es una propiedad general de los sistemas cuánticos. Hacer una medición de la que no puedes saber el resultado de antemano, hará que el resultado cambie para que coincida con el resultado que se obtiene. ¿Qué sucede si miras por segunda vez? Los investigadores asumen que el sistema no evoluciona con el tiempo y que no puede ser afectado por ninguna influencia externa, lo que significa que el estado cuántico permanece colapsado. Entonces esperarías que la segunda medición obtendría el mismo resultado que la primera. Después de todo, “si tu miras dentro de la caja y encuentras un gato muerto, no esperarías volver a mirar después y ver al gato que ha resucitado”, afirma Stephanie. “Se podría decir que hemos formalizado los principios de la aceptación de los hechos”.

Corsin y Stephanie muestran que este principio excluye varias teorías de la naturaleza. Hacen notar que, particularmente, una clase de teorías que llaman “discretas” son incompatibles con el principio. Estas teorías sostienen que las partículas cuánticas pueden tomar solamente un número finito de estados, en lugar de escoger entre un infinito número de posibilidades. La posibilidad de un espacio de estado discreto ha estado ligado con las teorías de gravedad cuántica proponiendo la misma discrecionalidad en el espacio-tiempo, donde la fábrica del universo está hecha por una especie de ladrillos en lugar de ser una suave y continua sábana.

Los investigadores admiten que todavía están muy lejos de responder a la pregunta de por qué, ya que teorías que no nos como la mecánica cuántica, incluyendo a la física clásica, son compatibles con el principio.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Phys.org

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Logran tomar la primera imagen real del universo cuántico

Imagen real de niveles de Landau predichos en 1930 por el físico y premio Nobel de Física Lev Landau /Imagen: http://www.dailygalaxy.com

Un grupo de científicos ha podido determinar con precisión, por primera vez y mediante imágenes, los llamados niveles de Landau, que son los estados cuánticos que determinan el comportamiento de los electrones en un campo magnético fuerte y que fueron predichos teóricamente por el ganador del premio Nobel Lev Landau en 1930.

Los responsables de probar la teoría son investigadores de la Universidades de Warwick y de Tohoku, quienes han revelado la estructura de los anillos internos de estos niveles de Landau en la superficie de un semiconductor.

Uno de los retos del experimento fue el tener suficiente resolución espacial con la finalidad de superar el desorden intrínseco en el material que, generalmente, solamente permite un tipo de observación difuminada y borrosa de los estados cuánticos.

En este sentido, las imágenes muestran claramente que Lev Landau estaba en lo correcto cuando predijo que, en un sistema limpio, los electrones tomarían la forma de anillos concéntricos, cuyo número se incrementa de acuerdo con sus niveles de energía. Este comportamiento forma la base del llamado efecto Hall cuántico.

“Este es un emocionante paso para nosotros porque estamos viendo, de forma real y por primera vez, el funcionamiento y el estado mecánico-cuántico de las ondas de los electrones en materiales reales”, afirmó el profesor Rudolf Roemer del departamento de Física de la Universidad de Warwick, quien también comentó: “A primera vista todo esto de los estados cuántico podría parecer que está fuera de la vida cotidiana, sin embargo la pregunta sobre qué define a un kilogramo sigue siendo materia de debate, aunque el espacio entre los anillos de estos niveles de Landau actúan como un tipo de marca para un peso universal. Entonces, la próxima vez que que midas la cantidad de azúcar que necesitas para hornear un pastel, deberás pensar que en realidad estás haciendo uso de estos anillos cuánticos y de sus niveles”.

Los resultados del experimento ya han sido publicados en el más reciente número de la revista Physical Review Letter.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Daily Galaxy

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