La física es el estudio de cómo funciona el universo. En este artículo presento una lista de descubrimientos en física que rayan con lo imposible. La física es sin duda la rama más espectacular de la ciencia, ya que el universo es mucho más complicado de lo que parece a simple vista y la física nos ayuda a entenderlo mejor. Los tejidos de la realidad, como la entendemos, funcionan de formas realmente extrañas.

Descubrimientos en física que rayan con lo imposible

No recuerdo haber escribió de nada tanto como lo he hecho de física. De lejos, es el tema del que más he hablado en Uiverzoo Cuantico. Y es que, ¿realmente puede existir algo más importante en la vida que la comprensión del sistema tridimensional en el que nos encontramos encerrados?

Aquí se resume la vida, la muerte y todo lo que se encuentra en el intermedio; recuerdos, emociones, experiencias y sentimientos.

Si este es el lugar donde vamos a vivir la experiencia de la vida, lo más inteligente que podemos hacer es entender cómo funciona.

Ahora presento algunos de los descubrimientos más asombrosos que los físicos han descubierto acerca de nuestro universo en los últimos años:

El tiempo se detiene a la velocidad de la luz

De acuerdo con la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein, la velocidad de la luz nunca puede cambiar, es una constante universal a aproximadamente 299,792,458 km/s, sin importar quién la observe. Esto en sí mismo es increíble, dado que nada puede moverse más rápido que la luz, pero sigue siendo muy teórico.

La parte realmente interesante de la teoría de la relatividad especial es una idea llamada «dilatación del tiempo», que establece que cuanto más rápido viajemos, más lento pasará el tiempo en relación con nuestro entorno. En la práctica, si vas a dar una vuelta en tu auto por una hora, habrás envejecido un poco menos que si te hubieras que sentado en casa. Es posible que los nanosegundos adicionales que obtengas no valgan el precio del gas, pero es una opción.

Por supuesto, el tiempo solo puede ralentizarse, y la fórmula funciona de manera que, si te mueves a la velocidad de la luz, el tiempo parece que no se mueve en absoluto. Moverse a la velocidad de la luz no es posible. Hablando técnicamente, moverse a esa velocidad requeriría de una cantidad infinita de energía.

Entrelazamiento cuántico

Acabamos de aceptar que nada puede moverse más rápido que la velocidad de la luz, ¿verdad? Bueno … Sí y no. Si bien eso es técnicamente aún cierto, al menos en teoría, resulta que hay una laguna en la rama de la física, conocida como mecánica cuántica.

La mecánica cuántica, en esencia, es el estudio de la física a escala microscópica. Aquí estudiamos el comportamiento de las partículas subatómicas. Estos tipos de partículas son increíblemente pequeñas, pero muy importantes, ya que forman los bloques de construcción de todo en el universo. Puedes imaginarlos como pequeñas canicas girando y cargadas eléctricamente.

Así que digamos que tenemos dos electrones; una partícula subatómica con una carga negativa. El entrelazamiento cuántico es un proceso especial que consiste en emparejar estas partículas de tal manera que se vuelvan idénticas; partículas con el mismo giro y carga. Cuando esto sucede, las cosas se ponen extrañas, porque a partir de ahora, estos electrones se mantienen idénticos.

Esto significa que, si cambiamos uno de ellos, digamos que lo hacemos girar en otra dirección, su gemelo electrón reacciona exactamente de la misma manera. Instantáneamente. No importa dónde esté. Sin siquiera tocarlo.

Las implicaciones de este proceso son enormes: significa que la información, en este caso; la dirección del giro, puede esencialmente teletransportarse a cualquier parte del universo.

La luz es afectada por la gravedad

Volvamos a la luz por un instante y hablemos de la Teoría de la Relatividad General nuevamente. Esta teoría incluye una idea llamada «desviación de la luz», que es exactamente cómo suena: la trayectoria de un rayo de luz no es completamente recta en el espacio.

Por extraño que parezca, se ha probado repetidamente. Lo que significa es que, aunque la luz no tiene masa, su camino se ve afectado por cosas que sí lo tienen, como el sol. Entonces, si un rayo de luz de, por ejemplo, una estrella lejana pasa lo suficientemente cerca del sol, en realidad se doblará ligeramente alrededor de este.

El efecto en un observador, como nosotros, es que vemos la estrella en un lugar del cielo diferente al que realmente se encuentra (como los peces en un lago nunca están en el lugar que parecen estar). La próxima vez que mires las estrellas, recuerda que todo podría ser un efecto de luz, nada más.

La Materia oscura

Gracias a algunas de las teorías que ya hemos discutido, los físicos tienen algunas formas bastante precisas de medir la masa total presente en el universo. También tienen algunas formas precisas de medir la masa total que podemos observar, y aquí está la contradicción: los dos números no coinciden.

De hecho, la cantidad de masa total en el universo es mucho mayor que la masa total que realmente podemos explicar. El desajuste es tan inmenso que los físicos se vieron obligados a encontrar una explicación para esto, y la principal teoría en este momento involucra a la materia oscura, una sustancia misteriosa que no emite luz y representa aproximadamente el 95% de la total masa en el universo.

Si bien no se ha demostrado formalmente que la materia oscura exista, porque no podemos verla, y la ciencia no admite nada que no se pueda medir y pesar como un dato verídico, la materia oscura está respaldada por una tonelada de evidencia, y parece que tiene que existir de una forma u otra para explicar el universo.

El Universo se está expandiendo rápidamente

Aquí es donde las cosas se complican un poco, y para entender por qué, tenemos que volver a la teoría del Big Bang. La teoría del Big Bang es una explicación importante del origen de nuestro universo.

En la analogía más simple posible, funcionó así: El universo comenzó como una explosión. Los escombros (planetas, estrellas, etc.) fueron arrojados en todas las direcciones, impulsados por la enorme energía de la explosión. Que no fue una explosión técnicamente, sino una expansión. Debido a que todos estos escombros son muy pesados y, por lo tanto, están afectados por la gravedad de todo lo que hay detrás de ellos, esperaríamos que esta explosión se ralentice después de un tiempo.

No está sucediendo. De hecho, la expansión de nuestro universo está incrementando con el tiempo, lo cual es tan absurdo como lanzar una pelota de béisbol y que esta se vuelva cada vez más rápida, en lugar de caer al suelo. En principio, esto no tiene sentido.

Esto significa, en efecto, que el espacio siempre está creciendo. La única forma de explicar esto es con la materia oscura, o, más precisamente, con la energía oscura, que es la fuerza propulsora detrás de esta aceleración cósmica. Entonces, ¿qué es la energía oscura, preguntas? Bueno, eso es una pregunta aparte.

Toda materia es solo energía

Es cierto, la materia y la energía son solo dos caras de la misma moneda. De hecho, has sabido esto toda tu vida, si alguna vez has oído hablar de la famosa fórmula de Einstein E = mc².

La E es para la energía, y la m representa la masa. La cantidad de energía contenida en una cantidad particular de masa está determinada por el factor de conversión c al cuadrado, donde c representa la velocidad de la luz.

La explicación a este fenómeno es algo realmente fascinante, y tiene que ver con el hecho de que la masa de un objeto aumenta a medida que se acerca a la velocidad de la luz, incluso cuando el tiempo se está desacelerando.

Para demostrarlo, desafortunadamente, tenemos las bombas atómicas, que convierten cantidades muy pequeñas de materia en cantidades muy grandes de energía. En un centímetro cúbico de materia se encuentra tanta energía como para hacer hervir los océanos de la Tierra.

Dualidad onda-partícula

A primera vista, las partículas, como por ejemplo un electrón, y las ondas, como la luz, no podrían ser más diferentes. Uno es un trozo sólido de materia, y el otro es un haz de energía irradiante.

Pues bien, resulta que la luz y los electrones no se pueden limitar a un estado de existencia: actúan como partículas y ondas, dependiendo de quién esté mirando.

A la gente le gusta decir soy esto y soy lo otro. Les gusta intentar definirse y encerrarse en ese estado específico. La física, el universo y los tejidos de la realidad no se pueden entender desde esta perspectiva humana.

Hay pruebas concretas de que la luz es una onda y otras pruebas concretas de que la luz es una partícula. Es ambos, al mismo tiempo. No es una especie de estado intermediario entre los dos, comprende esto: físicamente es ambos, en el sentido de que puede ser cualquiera de los dos. No te preocupes si eso no tiene mucho sentido, porque estamos de vuelta en el ámbito de la mecánica cuántica, y en ese nivel, al universo no le interesa ser encasillado, nombrado, definido o tener algún sentido para el nivel de comprensión de los humanos.

Todos los objetos caen a la misma velocidad

La física moderna es mucho para asimilar a la vez. La física clásica también demostró algunos conceptos bastante interesantes.

Está bien y es lógico suponer que los objetos más pesados caen más rápido que los más livianos: suena como el sentido común y, además, sabes a ciencia cierta que una bola de boliche cae más rápido que una pluma. Y eso es cierto, pero no tiene nada que ver con la gravedad. La única razón por la que esto ocurre es porque la atmósfera de la Tierra proporciona resistencia.

Como Galileo Galilei se dio cuenta hace unos 400 años atrás, la gravedad funciona de la misma forma en todos los objetos, independientemente de su masa. Esto significa que si repites el experimento de la pluma y la bola de boliche en la Luna (que no tiene atmósfera), tocarían el suelo exactamente al mismo tiempo.

Espuma cuántica

El espacio vacío, en realidad, no está vacío. Las partículas están apareciendo y desapareciendo constantemente por todas partes. Se llaman partículas virtuales, pero no te equivoques, son reales y está probado.

Estas partículas existen solo por una fracción de segundo, lo que es suficiente como para romper algunas leyes fundamentales de la física, pero lo suficientemente rápido como para que no importe. Es como si robaras algo de una tienda, pero lo depositas en el mismo lugar, medio segundo después. Los científicos han llamado a este fenómeno “espuma cuántica” porque aparentemente les recordó a las burbujas de los refrescos.

El experimento de la doble rendija

Por experiencia humana sabes que las cosas tienen formas definidas: una manzana es una manzana. Por experimentos científicos sabemos que todo en el Universo es, tanto una onda como una partícula al mismo tiempo.

Entonces, ¿qué hace que algo se convierta definitivamente en una partícula o una onda? Resulta que somos nosotros los que lo hacemos.

El experimento de la doble rendija es la cosa más demencial en ciencia experimental sobre la que leerás en tu vida, y funciona así:

Los científicos configuran una pantalla con dos rendijas frente a una pared y lanzan un rayo de luz a través de las rendijas para que puedan ver donde golpeó en la pared.

Tradicionalmente, con la luz siendo una onda, exhibiría algo que se llama «patrón de difracción», y verías una banda de luz extendida a través de la pared. Ese es el valor predeterminado: si se configura el experimento en este momento, eso es lo que verías.

Pero no es así como las partículas reaccionan a un experimento de doble rendija, simplemente irán directamente para crear dos líneas en la pared que coincidan con las rendijas. Y si la luz es una partícula, ¿por qué no muestra esta propiedad, en lugar de plasmar un patrón de difracción?

La respuesta es que sí, pero solo si lo queremos. Verás, como una onda, la luz viaja a través de ambas rendijas al mismo tiempo, pero como una partícula, solo puede viajar a través de una.

Entonces, si queremos que actúe como una partícula, todo lo que tenemos que hacer es configurar una herramienta para medir exactamente a través de qué rendija atraviesa cada fotón.

Piensa en ello como una cámara: si tomas una imagen de cada fotón cuando pasa a través de una sola rendija, entonces ese fotón no puede haber pasado a través de ambas rendijas y, por lo tanto, no puede ser una onda.

Como resultado, el patrón de interferencia en la pared no aparecerá, dos líneas aparecerán en su lugar. La luz actuará como una partícula simplemente porque ponemos una cámara delante de ella. Cambiamos físicamente el resultado solo con el acto de medirlo. En resumidas cuentas, medir afecta el resultado. Solo por estar observando, distorsionamos, o mejor digo, manipulamos cómo se comportan las partículas y preestablecemos los resultados. Lo sé, suena a ciencia ficción, pero esto está pasando en los laboratorios.

En términos generales, nuestros ojos distorsionan los tejidos de la realidad, y aunque es una buena manera de terminar este texto de física, ni siquiera araña la superficie de las locuras que se encuentran en la mecánica cuántica. Por ejemplo, hay un montón de variaciones del experimento de la doble rendija que son incluso más demenciales que todo lo mencionado aquí. Lo único que diré es que casi nadie está preparado para conocer los secretos de la mecánica cuántica y la naturaleza de la realidad.