La física del teletransporte
En la primera parte del artículo hablamos ya de la filosofía del teletransporte y de todo lo que conlleva. Ahora es momento de aportar un poco de física al asunto. Se han planteado varias formas de teletransporte, que trataremos a continuación, aunque siento desanimaros antes de empezar, pero sigue siendo imposible realizar dicha proeza.
Teletransporte cuántico
En general, los científicos no habían tomado nunca en serio el tema del teletransporte, porque se pensaba que violaba el principio de incertidumbre de Heisenberg, según el cual, en la mecánica cuántica nos es imposible conocer exactamente, en un instante dado, los valores de dos variables canónicas conjugadas de forma que una medida de ellas implica una total indeterminación en la otra. Así que, aunque uno tomara datos, nunca tendría suficiente información para realizar una copia. Este argumento parece ser bastante potente como para impedir la posibilidad del desarrollo del teletransporte. Sin embargo, un grupo internacional de 6 científicos lograron en 1993, utilizando un principio muy paradójico de la mecánica cuántica, conocido como el efecto Einstein-Podolsky-Rosen, salvar el obstáculo planteado por Heisenberg.
Para ello, lo que hicieron, de forma muy resumida, es escanear parte de la información de un objeto A, que es el que se desea teletransportar, mientras transportamos la información no escaneada, utilizando el efecto EPR, a otro objeto C, que nunca ha estado en contacto con A. Después, aplicándole un tratamiento especial a C, podemos conseguir que alcance el mismo estado que tenía A, antes de ser escaneado. A ya no existe, porque una vez que tomamos la información que nos interesa, se divide, y no es el mismo objeto, así que al final, nos quedamos sólo con C, que se encuentra en el mismo estado inicial que A, así que hemos conseguido el teletransporte y no sólo una mera réplica, tal y como muestra la siguiente ilustración:
Ilustración obtenida de: http://www.research.ibm.com/quantuminfo/teleportation/
Sin embargo, en la figura anterior, vemos algo extraño. Parece que para realizar el proceso comentado en el párrafo anterior, es necesaria la participación de un tercer objeto B, que interactúa primero con C y después con A. Aunque nuestro sentido común nos dice que para transmitir información desde A hasta C, B debe interactuar en primer lugar con A. Lo que ocurre se denomina “Correlación EPR” o “entrelazamiento cuántico”. De hecho, en la década de los sesenta, John Bell demostró que dos partículas correlacionadas, que han estado en contacto en algún momento, y luego son separadas pueden exhibir comportamientos fuertemente relacionados, de forma que no pueden ser explicados por la estadística clásica. Además, sabemos que la correlación EPR, nos permite enviar un mensaje controlable y con significado concreto. Así, primero tenemos B y C entrelazadas cuánticamente. Luego las separamos y enviamos C a la estación receptora y B a la estación emisora donde entra en contacto con A, el objeto que se va a teletransportar, y se escanean
juntos. La información escaneada se envía a la estación receptora donde está C, y después de un proceso, llega al mismo estado inicial que A.
El teletransporte cuántico no puede transportar ni materia ni energía, ni siquiera permite transmitir información a mayor velocidad que la luz, pero es muy útil en comunicación y computación cuántica.
Hasta el momento, un grupo de investigadores de la Universidad de Innsbruck y otro grupo de Roma, han demostrado que es posible transferir las propiedades de una partícula cuántica a otra aunque se encuentren en lugares opuestos de la galaxia. Además, ahora los investigadores del instituto Max Planck en Garching y del Niels Bohr en Copenague, han conseguido transferir de manera exitosa el estado cuántico de un haz de luz a un conjunto de átomos de tamaño macroscópico. Este equipo de investigadores liderado por el Prof. Ignacio Cirac y el Prof. Eugene Polzik ha mostrado que el estado cuántico de un pulso de luz puede transferirse a un objeto macroscópico compuesto por un conjunto de 1012 átomos. Este es el primer caso exitoso de teletransporte entre objetos de diferente naturaleza y no sólo es importante en física fundamental sino para posibles aplicaciones en computación cuántica y en el cifrado cuántico. De todas formas, que nadie se emocione todavía, que de esto a teletransportarnos a nosotros mismos falta todavía un buen trecho.
Teletransporte macroscópico Agujeros de gusano
Los agujeros de gusano o puentes de Einstein-Rosen son puentes espacio-temporales que conectan dos puntos del universo, dos extremos estarían unidos por una especie de garganta. La materia o la energía entrarían por uno de los extremos, el agujero negro, y saldrían por el otro extremo, el agujero blanco. En teoría, estos agujeros, constituirían atajos, pudiendo trasladar la materia o la energía no sólo en el espacio, sino también en el tiempo. Nosotros sólo estudiaremos la posibilidad de trasladar cosas en el espacio. La existencia de estos agujeros de gusano la predice la teoría de la relatividad. Aún así, se conocen varios tipos de agujeros de gusano:
Imagen obtenida de: es.wikipedia.org/wiki/Usuario:Genio01
-Agujeros de gusano atravesables: Los agujeros de gusano atravesables de Lorentz, nos permitirían viajar de una zona a otra del mismo universo, es decir dos posiciones existentes del mismo universo, que se podrían encontrar en el mismo tiempo o no, empleándose para dicho desplazamiento un tiempo notablemente más pequeño que si no se utilizara el atajo. Como hemos podido deducir, estos agujeros permitirían tanto los viajes espaciales como los viajes temporales. Estos agujeros de gusano tendrían masa negativa y se consideran franqueables en ambas direcciones (pasado y futuro). Topológicamente, su descripción no es nada trivial. Se dice que en una región compacta del espacio-tiempo existe un agujero de gusano cuando su conjunto frontera es topológicamente trivial pero cuyo interior no es simplemente conexo.
-Agujeros de gusano de Schwarzschild: Estos agujeros son nexos que unen áreas de un universo con áreas de otro diferente. Las áreas que unen dichos agujeros podrían ser los modelos de las soluciones de vacío en las ecuaciones de campo de Einstein, uniendo un modelo de agujero negro con un modelo de agujero blanco. Sin embargo, se demostró que este tipo de agujero de gusano es inestable. Caracterizar este tipo de agujeros no resulta nada sencillo. Podemos imaginar para ello, que un universo “recién nacido” está unido por el cordón umbilical con su universo progenitor.
La plausibilidad de los agujeros de gusano no es clara, porque además de ser inestables, para poder existir requieren de la existencia de la materia exótica, materia con densidad y masa negativa, de la que hay escasas evidencias (ver http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Casimir). Aún así, podemos verlos utilizados como recurso en películas como El único (“The One”, 2001) en la que el protagonista los usa para transportarse dentro de 125 universos distintos, o Contacto(“Contact”,1997) en la que una civilización avanzada de un planeta que orbita en torno a Vega envía a la Tierra las instrucciones de cómo construir un agujero para trasladarse. Hay dos películas El planeta del Tesoro (The treasure planet, 2002) y Stargate (1994), en las que aunque no se menciona explícitamente, se utilizan portales que adecuadamente accionados, abren puertas a otros puntos distantes de la galaxia.
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Imagen obtenida de: http://www.musicweb.uk.net/film/2003/Jan03/treasure_planet.jpg
Máquina teleportadora:
La siguiente opción que se nos presenta es la utilización de máquinas teletransportadoras clásicas, de las que aparecen a menudo en las películas de ciencia ficción, aunque en este apartado también encontramos varias formas de usarlas.
Escanner y…¡copia!
Esta es básicamente la idea que se presenta en la película “The Prestige”, de la que ya comentamos algo en la primera parte del artículo. Se trata de colocar el objeto que se desea teletransportar en una cámara, escanearlo y obtener toda su información. Cuando decimos toda es justo eso lo que queremos decir. La posición de cada uno de los átomos que componen el objeto y su estado cuántico. Necesitamos toda la información de la energía de dicho objeto. Después, almacenaremos toda esa información codificada en el lenguaje binario en un superordenador, y la retransmitiremos al lugar de destino, donde, contando con átomos iguales a los iniciales, procederemos a reconstruir dicho objeto en otro lugar distinto. Este método sólo nos proporcionaría copias, y probablemente nunca perfectas, así que, sería más bien una máquina clonadora y no una máquina teletransportadora.
Piezas de Lego
En este caso lo que proponemos es que, una vez introducido el objeto en la cámara emisora, se produzca el escáner que recoja toda la información acerca del mismo. Después se desintegrará, o mejor dicho, se desmontará cual piecitas de Lego, en sus átomos más pequeños, y éstos serán enviados, a la cabina receptora donde, por supuesto será reconstruido el objeto con total fidelidad, sin perder nada. Esta última idea es la que se utiliza en Star Trek, con su famoso transportador. En la serie
se utilizan dos tipos de transportadores, los transportadores de carga, que se utilizan para transmitir objetos inanimados, y los transportadores de personas. En general, dichos transportadores no pueden usarse cuando están activados los escudos deflectores, no me preguntéis por qué, cosas de su avanzadísima ciencia. El esquema del transportador de personas se muestra a continuación:
Imagen obtenida de: http://img123.imageshack.us/img123/711/transporterzt6.jpg
Como se puede observar, cuenta con un compensador de Heisenberg, en teoría utilizado para burlar el Principio de Indeterminación de Heisenberg, del que ya hablamos, aunque hasta el día de hoy, nadie ha sabido explicar cómo funciona. El transportador, en general está formado por la consola del operador, una plataforma de transporte, un explorador de imagimática molecular elevada(¿quién inventará los nombres?), bobinas de estimulación primarias y bobinas de fase de transición. Sobre la cubierta de la nave cuenta con un contenedor temporal con un biofiltro, y en el casco externo, la nave incorpora varios emisores para reforzar la emisión del rayo transportador. En la serie, normalmente, primero se verifica y se programa un destino, que no puede encontrarse demasiado lejos. Después se escanea a nivel cuántico a la persona que desea ser teletransportada, y, prácticamente en el acto se la convierte en una corriente de materia, proceso determinado por un rayo de confinamiento anular. Se almacena la corriente de materia, se envía, y la persona se recompone en el lugar de destino. Suena maravilloso, qué pena que no sea plausible. El tema lo analiza en profundidad Lawrence Krauss, en su libro “La ciencia de Star Trek”, en el que afirma “si se quisiera descomponer a alguien en partículas elementales tendría que calentar el cuerpo hasta medio millón de grados. El hecho de escanear y almacenar la información resulta desalentador”. “Tendríamos que alinear 10 000 años luz de discos de 100 gb para que existiese esa posibilidad”
Bien, amigos, de momento, esto es todo, aunque supongo que lo iré completando a medida que se alcancen nuevos logros en el mundo de la teleportación cuántica. Sólo me queda añadir: “¡Transpórteme, Scotty!”
En la primera parte del artículo hablamos ya de la filosofía del teletransporte y de todo lo que conlleva. Ahora es momento de aportar un poco de física al asunto. Se han planteado varias formas de teletransporte, que trataremos a continuación, aunque siento desanimaros antes de empezar, pero sigue siendo imposible realizar dicha proeza.
Teletransporte cuántico
En general, los científicos no habían tomado nunca en serio el tema del teletransporte, porque se pensaba que violaba el principio de incertidumbre de Heisenberg, según el cual, en la mecánica cuántica nos es imposible conocer exactamente, en un instante dado, los valores de dos variables canónicas conjugadas de forma que una medida de ellas implica una total indeterminación en la otra. Así que, aunque uno tomara datos, nunca tendría suficiente información para realizar una copia. Este argumento parece ser bastante potente como para impedir la posibilidad del desarrollo del teletransporte. Sin embargo, un grupo internacional de 6 científicos lograron en 1993, utilizando un principio muy paradójico de la mecánica cuántica, conocido como el efecto Einstein-Podolsky-Rosen, salvar el obstáculo planteado por Heisenberg.
Para ello, lo que hicieron, de forma muy resumida, es escanear parte de la información de un objeto A, que es el que se desea teletransportar, mientras transportamos la información no escaneada, utilizando el efecto EPR, a otro objeto C, que nunca ha estado en contacto con A. Después, aplicándole un tratamiento especial a C, podemos conseguir que alcance el mismo estado que tenía A, antes de ser escaneado. A ya no existe, porque una vez que tomamos la información que nos interesa, se divide, y no es el mismo objeto, así que al final, nos quedamos sólo con C, que se encuentra en el mismo estado inicial que A, así que hemos conseguido el teletransporte y no sólo una mera réplica, tal y como muestra la siguiente ilustración:
Ilustración obtenida de: http://www.research.ibm.com/quantuminfo/teleportation/Sin embargo, en la figura anterior, vemos algo extraño. Parece que para realizar el proceso comentado en el párrafo anterior, es necesaria la participación de un tercer objeto B, que interactúa primero con C y después con A. Aunque nuestro sentido común nos dice que para transmitir información desde A hasta C, B debe interactuar en primer lugar con A. Lo que ocurre se denomina “Correlación EPR” o “entrelazamiento cuántico”. De hecho, en la década de los sesenta, John Bell demostró que dos partículas correlacionadas, que han estado en contacto en algún momento, y luego son separadas pueden exhibir comportamientos fuertemente relacionados, de forma que no pueden ser explicados por la estadística clásica. Además, sabemos que la correlación EPR, nos permite enviar un mensaje controlable y con significado concreto. Así, primero tenemos B y C entrelazadas cuánticamente. Luego las separamos y enviamos C a la estación receptora y B a la estación emisora donde entra en contacto con A, el objeto que se va a teletransportar, y se escanean
juntos. La información escaneada se envía a la estación receptora donde está C, y después de un proceso, llega al mismo estado inicial que A.
El teletransporte cuántico no puede transportar ni materia ni energía, ni siquiera permite transmitir información a mayor velocidad que la luz, pero es muy útil en comunicación y computación cuántica.
Hasta el momento, un grupo de investigadores de la Universidad de Innsbruck y otro grupo de Roma, han demostrado que es posible transferir las propiedades de una partícula cuántica a otra aunque se encuentren en lugares opuestos de la galaxia. Además, ahora los investigadores del instituto Max Planck en Garching y del Niels Bohr en Copenague, han conseguido transferir de manera exitosa el estado cuántico de un haz de luz a un conjunto de átomos de tamaño macroscópico. Este equipo de investigadores liderado por el Prof. Ignacio Cirac y el Prof. Eugene Polzik ha mostrado que el estado cuántico de un pulso de luz puede transferirse a un objeto macroscópico compuesto por un conjunto de 1012 átomos. Este es el primer caso exitoso de teletransporte entre objetos de diferente naturaleza y no sólo es importante en física fundamental sino para posibles aplicaciones en computación cuántica y en el cifrado cuántico. De todas formas, que nadie se emocione todavía, que de esto a teletransportarnos a nosotros mismos falta todavía un buen trecho.
Teletransporte macroscópico Agujeros de gusano
Los agujeros de gusano o puentes de Einstein-Rosen son puentes espacio-temporales que conectan dos puntos del universo, dos extremos estarían unidos por una especie de garganta. La materia o la energía entrarían por uno de los extremos, el agujero negro, y saldrían por el otro extremo, el agujero blanco. En teoría, estos agujeros, constituirían atajos, pudiendo trasladar la materia o la energía no sólo en el espacio, sino también en el tiempo. Nosotros sólo estudiaremos la posibilidad de trasladar cosas en el espacio. La existencia de estos agujeros de gusano la predice la teoría de la relatividad. Aún así, se conocen varios tipos de agujeros de gusano:
Imagen obtenida de: es.wikipedia.org/
-Agujeros de gusano atravesables: Los agujeros de gusano atravesables de Lorentz, nos permitirían viajar de una zona a otra del mismo universo, es decir dos posiciones existentes del mismo universo, que se podrían encontrar en el mismo tiempo o no, empleándose para dicho desplazamiento un tiempo notablemente más pequeño que si no se utilizara el atajo. Como hemos podido deducir, estos agujeros permitirían tanto los viajes espaciales como los viajes temporales. Estos agujeros de gusano tendrían masa negativa y se consideran franqueables en ambas direcciones (pasado y futuro). Topológicamente, su descripción no es nada trivial. Se dice que en una región compacta del espacio-tiempo existe un agujero de gusano cuando su conjunto frontera es topológicamente trivial pero cuyo interior no es simplemente conexo.
-Agujeros de gusano de Schwarzschild: Estos agujeros son nexos que unen áreas de un universo con áreas de otro diferente. Las áreas que unen dichos agujeros podrían ser los modelos de las soluciones de vacío en las ecuaciones de campo de Einstein, uniendo un modelo de agujero negro con un modelo de agujero blanco. Sin embargo, se demostró que este tipo de agujero de gusano es inestable. Caracterizar este tipo de agujeros no resulta nada sencillo. Podemos imaginar para ello, que un universo “recién nacido” está unido por el cordón umbilical con su universo progenitor.
La plausibilidad de los agujeros de gusano no es clara, porque además de ser inestables, para poder existir requieren de la existencia de la materia exótica, materia con densidad y masa negativa, de la que hay escasas evidencias (ver http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Casimir). Aún así, podemos verlos utilizados como recurso en películas como El único (“The One”, 2001) en la que el protagonista los usa para transportarse dentro de 125 universos distintos, o Contacto(“Contact”,1997) en la que una civilización avanzada de un planeta que orbita en torno a Vega envía a la Tierra las instrucciones de cómo construir un agujero para trasladarse. Hay dos películas El planeta del Tesoro (The treasure planet, 2002) y Stargate (1994), en las que aunque no se menciona explícitamente, se utilizan portales que adecuadamente accionados, abren puertas a otros puntos distantes de la galaxia.
_fron.jpg)
Imagen obtenida de: http://www.musicweb.uk.net/film/2003/Jan03/treasure_planet.jpg
Máquina teleportadora:
La siguiente opción que se nos presenta es la utilización de máquinas teletransportadoras clásicas, de las que aparecen a menudo en las películas de ciencia ficción, aunque en este apartado también encontramos varias formas de usarlas.
Escanner y…¡copia!
Esta es básicamente la idea que se presenta en la película “The Prestige”, de la que ya comentamos algo en la primera parte del artículo. Se trata de colocar el objeto que se desea teletransportar en una cámara, escanearlo y obtener toda su información. Cuando decimos toda es justo eso lo que queremos decir. La posición de cada uno de los átomos que componen el objeto y su estado cuántico. Necesitamos toda la información de la energía de dicho objeto. Después, almacenaremos toda esa información codificada en el lenguaje binario en un superordenador, y la retransmitiremos al lugar de destino, donde, contando con átomos iguales a los iniciales, procederemos a reconstruir dicho objeto en otro lugar distinto. Este método sólo nos proporcionaría copias, y probablemente nunca perfectas, así que, sería más bien una máquina clonadora y no una máquina teletransportadora.
Piezas de Lego
En este caso lo que proponemos es que, una vez introducido el objeto en la cámara emisora, se produzca el escáner que recoja toda la información acerca del mismo. Después se desintegrará, o mejor dicho, se desmontará cual piecitas de Lego, en sus átomos más pequeños, y éstos serán enviados, a la cabina receptora donde, por supuesto será reconstruido el objeto con total fidelidad, sin perder nada. Esta última idea es la que se utiliza en Star Trek, con su famoso transportador. En la serie
se utilizan dos tipos de transportadores, los transportadores de carga, que se utilizan para transmitir objetos inanimados, y los transportadores de personas. En general, dichos transportadores no pueden usarse cuando están activados los escudos deflectores, no me preguntéis por qué, cosas de su avanzadísima ciencia. El esquema del transportador de personas se muestra a continuación:
Imagen obtenida de: http://img123.imageshack.us/img123/711/transporterzt6.jpgComo se puede observar, cuenta con un compensador de Heisenberg, en teoría utilizado para burlar el Principio de Indeterminación de Heisenberg, del que ya hablamos, aunque hasta el día de hoy, nadie ha sabido explicar cómo funciona. El transportador, en general está formado por la consola del operador, una plataforma de transporte, un explorador de imagimática molecular elevada(¿quién inventará los nombres?), bobinas de estimulación primarias y bobinas de fase de transición. Sobre la cubierta de la nave cuenta con un contenedor temporal con un biofiltro, y en el casco externo, la nave incorpora varios emisores para reforzar la emisión del rayo transportador. En la serie, normalmente, primero se verifica y se programa un destino, que no puede encontrarse demasiado lejos. Después se escanea a nivel cuántico a la persona que desea ser teletransportada, y, prácticamente en el acto se la convierte en una corriente de materia, proceso determinado por un rayo de confinamiento anular. Se almacena la corriente de materia, se envía, y la persona se recompone en el lugar de destino. Suena maravilloso, qué pena que no sea plausible. El tema lo analiza en profundidad Lawrence Krauss, en su libro “La ciencia de Star Trek”, en el que afirma “si se quisiera descomponer a alguien en partículas elementales tendría que calentar el cuerpo hasta medio millón de grados. El hecho de escanear y almacenar la información resulta desalentador”. “Tendríamos que alinear 10 000 años luz de discos de 100 gb para que existiese esa posibilidad”
Bien, amigos, de momento, esto es todo, aunque supongo que lo iré completando a medida que se alcancen nuevos logros en el mundo de la teleportación cuántica. Sólo me queda añadir: “¡Transpórteme, Scotty!”
Consultas:
http://www.monografias.com/trabajos16/principio-de-incertidumbre/principio-de-incertidumbre.shtml (6-1-2009)
http://www.astrocosmo.cl/anexos/p-incertidumbre.htm (6-1-2009)
http://www.fas.org/sgp/eprint/teleport.pdf
http://www.galeon.com/fisicaficcion/aficiones8154.html (9-1-2009)
http://es.wikipedia.org/wiki/Teleportaci%C3%B3n_Cu%C3%A1ntica (10-1-2009)
http://www.redcientifica.com/doc/doc200301240001.html (10-1-2009)
http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_de_gusano (10-1-2009)
http://www.astroseti.org/vernew.php?codigo=280 (10-1-2009)
http://diariodeunjabali.com/archivos/categorias/ciencia/avances_en_el_teletransporte_cuantico.html (10-1-2009)
http://www.terceracultura.net/tc/?p=584 (10-1-2009)
http://neofronteras.com/?p=691 (10-1-2009)
http://www.iac.es/galeria/hcastane/memex/AgujerosGusano.htm (11-1-2009)
http://www.disneylatino.com/FilmesDisney/El_Planeta_del_Tesoro/home.html (11-1-2009)
http://axxon.com.ar/not/115/c-115InfoTeleportacion.htm (11-1-2009)
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