Los físicos predicen la existencia de cristales temporales

Si los cristales existen en las dimensiones espaciales, entonces deben existir también en la dimensión temporal, dice Frank Wilczek, ganador del premio Nobel de física.

Una de las ideas más poderosas de la física moderna es que el Universo está gobernado por la simetría. Esta idea enuncia que ciertas propiedades de un sistema no cambian cuando son sometidas a alguna clase de transformación.
Por ejemplo, si un sistema se comporta de la misma manera, independientemente de su orientación o movimiento en el espacio, esto significa que debe obedecer a la ley de la conservación del momentum.

Si un sistema produce un mismo resultado, independientemente de cuándo se lleva a cabo, es que debe obedecer a la ley de la conservación de la energía.
Esta poderosa forma de pensar nos la ofrece el matemático alemán, Emmy Noether. De acuerdo con su famoso teorema, cada simetría es equivalente a una ley de conservación. Y las leyes de la física son básicamente el resultado de una simetría.
Igualmente poderosa es la idea de la ruptura de simetría. Cuando el universo muestra menos simetría que las ecuaciones que lo describen, los físicos dicen que se ha roto la simetría.
Un ejemplo bien conocido es la solución de baja energía, asociada con la precipitación de un sólido desde una solución, o sea, la formación de cristales, que tienen una periodicidad espacial. En este caso, la simetría espacial se rompe.
Cristales espaciales están bien estudiados y bien entendidos. Pero plantean una pregunta interesante: ¿Permite el universo la formación de periodicidades similares en el tiempo?
Actualmente, Frank Wilczek, del Instituto Tecnológico y de Massachussetts y Al Shapere, de la Universidad de Kentucky, han discutido esta cuestión y concluyen que la simetría temporal parece tan frágil como la simetría espacial en bajas energías.
Este proceso debiera conducir a la periodicidad que ellos llaman cristales temporales. Es más, los cristales de tiempo deben existir, probablemente, bajo nuestras propias narices.
Exploremos esta idea un poco más en detalle. En primer lugar, ¿qué significa para un sistema que se rompa la simetría temporal? Wilczek y Shapere se imaginan un sistema, descrito completamente en su más bajo estado energético, independientemente del tiempo.
Debido a que es su estado más bajo de energía, este sistema debe estar congelado en el espacio. Por lo tanto, si el sistema se mueve, se rompe la simetría temporal. Esto es el equivalente a que el más bajo estado enerético tiene el valor mínimo de una curva en el espacio, en lugar de un único punto aislado.
En realidad, esto no es tan extraordinario. Wilczek, señala que un superconductor puede transportar una corriente (mover masas de electrones) incluso en su más bajo estado de energía.
El resto es básicamente matemática. De la misma manera que las ecuaciones de la física permiten la formación espontánea de cristales espaciales, periodicidades en el espacio, de igual forma debería permitir la formación de periodicidades en el tiempo o cristales temporales.
En concreto, Wilczrek considera la espontánea ruptura de simetría en un sistema cerrado de mecánica cuántica. Aquí es donde las matemáticas se vuelven un tanto extrañas. La mecánica cuántica obliga a los físicos a pensar sobre valores imaginarios de tiempo, o iTime, como lo llama Wilczek.
Él muestra que las mismas periodicidades deben surgir del iTime y que eso debe manifestarse como un comportamiento periódico medible en diversos tipos de propiedades termodinámicas.
Las consecuencias de esto son importantes. Para empezar, se trata de la posibilidad de que este proceso proporcione un mecanismo para medir el tiempo, una vez que el comportamiento periódico sea parecido a un péndulo. “La formación espontánea de un cristal temporal representa la aparición espontánea de un reloj”, señala Wilczek.
Otra posibilidad es que sea posible explotar los cristales temporales para realizar cálculos usando energía cero. Como él mismo dice, “es interesante especular con un sistema de mecánica cuántica, cuyos estados pudieran interpretarse como un conjunto de qubits, y que pudiera diseñarse para atravesar un paisaje programado de estados estructurados en el espacio de Hilbert a lo largo del tiempo.”
En general, se trata de un argumento sencillo. Pero la simplicidad es a menudo engañosamente poderosa. Por supuesto, habrá disputas sobre algunos de los problemas que ello plantea. Uno de ellos es que el movimiento que rompe la simetría temporal parece un poco desconcertante. Wilczek y Shapere, ya lo reconocen: “Hablando en términos generales, lo que estamos buscando se camina peligrosamente cerca del movimiento perpetuo.”
Esto necesitará un poco de defensa. Pero si alguien tiene el pedigrí para impulsar estas ideas, es Wilczek, físico ganador del Premio Nobel.
Veremos con interés cómo prosigue el debate.