Physics house

Gran colisionador de hadrones

el anterior llamado experimento de Michelson-Morley provocó serios quebraderos de cabeza a los físicos de la época, ¡y no es por menos!

Que la velocidad de la luz sea la misma en cualquier sistema de referencia es un resultado realmente sorprendente. Vamos a ejemplificarlo: si estamos en un cierto estado de movimiento (conduciendo un coche a 80Km/h por la carretera) y vemos que la luz tiene cierta velocidad sobre nosotros (supongamos que es otro coche a 120km/h, con lo que respecto a nosotros, que vamos dentro del coche, si nos tomamos a nosotros mismos como sistema de referencia, este otro coche se alejará a 40km/h de nosotros), cabe esperar que, si nos ponemos a correr detrás de ella, cada vez nos quitará menos velocidad (es decir, si aceleramos hasta ir a 110km/h, el otro coche ya solamente se distanciará de nosotros a 10km/h) y así hasta que finalmente vayamos a su velocidad, es decir, ¡hasta que vayamos a la velocidad de la luz!. Pero esto no es así. No importa lo mucho que corramos hacia la luz, siempre la veremos pasar a la misma velocidad (es decir, siguiendo el ejemplo, por mucho que pisemos gas a fondo, ¡siempre veremos el otro coche alejarse a 40km/h de nosotros! No importa si nosotros estamos con el coche parado o vamos a 120, el coche seguirá alejándose a 40km/h).

Es decir, la luz se mueve a 300000km por segundo. No importa que nosotros nos movamos a 299999km/s (!!!), la luz, que aparentemente ahora tendría que moverse a 1km/s respecto a nosotros, ¡seguirá moviéndose a la misma velocidad que antes con respecto a nosotros, igual que si estuviésemos parados! ¿Qué está sucediendo aquí? Sucede algo notable: el tiempo se está dilatando.

Si tenemos dos sistemas de referencia (¡ahora ya no sirve habla de un solo sistema de referencia pues, como hemos visto, un sistema particular es, en definitiva, cualquier sistema!) digamos A y B con movimiento relativo, esto es, uno se aleja a velocidad constante respecto al otro, y ponemos que A está quieto y B se mueve (sin problema, toda la discusión que sigue sería válida si suponemos que A se mueve y B está quieto, ya que no podemos decir que uno se mueve y el otro no, ¡solo podemos saber si se mueven entre sí!) a una velocidad considerable, entonces el observador de A se dará cuenta como el tiempo de B sucede más lentamente que el suyo. Esto es así por el hecho de que la velocidad de la luz es la misma para todos los sistemas de referencia.

Ahora, la pregunta suge de manera natural: ¿y qué pasa si B se mueve a la velocidad de la luz respecto A? Pues que, efectivamente, ¡el tiempo no sucedería para B en absoluto! Pero hay varias cosas que impiden esto, como el crecimiento exponencial de la masa de un objeto que se mueve cada vez más y más lejos: es imposible acelerarlo a hasta alcanzar la velocidad de la luz, ¡pues se necesitaría más energía de la que posee el propio universo! De hecho, los fotones, es decir, las partículas que forman la luz en sí misma, ¡no tienen masa!

Así, hemos visto que no podemos ir más deprisa que la luz. Pero esta restricción afecta a todo. Incluso a la información. Es decir, si el Sol desapareciera ahora mismo nosotros no notaríamos el menor efecto hasta que la luz llegase hasta nosotros. La gravedad seguiría forzando la Tierra a dar vueltas y todo seguiría como siempre hasta que la información de que el Sol ha desaparecido llegara hasta nosotros. Así, podemos dividir el futuro en dos: el futuro al cual podemos acceder y al que nos está prohibido. Un dibujo siempre ayuda a entenderlo:
iagen de la izquierda....)


Vemos que los ejes del plano horizontal representan el espacio. En la figura tiene dos dimensiones puesto que no podemos dibujar tres ya que perdemos el poder de representarlo gráficamente, puesto que necesitaríamos una dimensión extra! Así, el presente del observador situado en el centro (los vértices de los conos) es el plano que vemos. El eje vertical representa el tiempo: hacia abajo del observador está el pasado y, arriba, el futuro. La superfície del cono está representada por la luz: una partícula que se mueva a la velocidad de la luz se movería por la superfície del cono superior. Es fácil de ver esto: solo hace falta pensar que, si pasa un instante de tiempo, la partícula se moverá un poco hacia, por ejemplo, la derecha del plano. pero como habrá sucedido algo de tiempo, también "subirá" en el gráfico, y así, juntando todas las direcciones, dibujamos la superfície.

Si trazamos una línea recta por el interior del cono partiendo del vértice, estaremos definiendo una historia para el observador. Él podrá moverse a lo largo de esta línea que avanza en el espacio y en el tiempo y le estaremos definiendo cada posición en cada instante de tiempo. Es decir, una historia (línea) son una serie de sucesos (puntos) entrelazados. Pero hay una restricción: como no podemos sobrepasar la velocidad de la luz (salir del cono) jamás podremos alcanzar un suceso que pertenezca a lo que llamamos futuro prohibido. De la misma manera, un observador solamente podrá haber venido de un punto interior al cono del pasado: no puede proceder de un suceso fuera de ese pasado.

Además, hay que tener en cuenta que, como más nos acerquemos a la superfície del cono, más despacio avanza el tiempo. Lo que es lo mismo, los sucesos (puntos) cerca de la superfície del cono se expanden, se distancian. Es decir, si realmente tuviéramos que representar la líneas donde para el observador tenga que recorrer la misma cantidad de tiempo para alcanzarlas, no serían simples superfícies planas puestas una encima de otra, sino que serían hipérbolas con la superfície del cono como asíntotas. Pero vamos, esto último no es esencial para lo que queremos ahora.

100 años de física cuántica nos indican que lo que sabemos del mundo puede evolucionar en cualquier dirección inesperada. No podemos asegurar que lo que sabemos sea incuestionable para siempre, sino que responde a un conocimiento específico del mundo que, como ha ocurrido en el pasado, puede sufrir cambios profundos y alumbrar otra concepción de la realidad muy diferente a la que hoy conocemos

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MALDICON COMO AMO ESTO :.( ME HACE LLORAR :.(

”Lo que sabemos es una gota de agua; lo que ignoramos es el océano” (Isaac Newton).

Entrelazamiento cuántico

Casi todas las aplicaciones de interés basadas en la física cuántica y que se están desarrollando en la actualidad, como los ordenadores cuánticos, el teletransporte, etc, están basados en un fenómeno que se denomina "entrelazamiento cuántico". La semana que viene intentaré escribir dos artículos: uno sobre un avance que se ha producido en el teletransporte y otro en el entrelazamiento. Para entenderlos es imprescindible conocer en qué consiste el entrelazamiento cuántico.
Supongamos que tenemos dos partículas y que cada una se puede encontrar en dos estados distintos |+> y |->. A cada partícula le podemos dar una etiqueta para referenciarlas, por ejemplo partícula 1 y 2, de modo que la partícula 1 puede estar en los estados |1+> y |1-> y la partícula 2 puede estar en los estados |2+> y |2->. Pues bien, si queremos describir las dos partículas a la vez, tenemos que utilizar vectores de estado que son el producto (producto tensorial más en concreto) de los cuatro anteriores, es decir, los siguientes vectores:
|1+>|2+>=|1+;2+>
|1+>|2->=|1+;2->
|1+>|2->=|1-;2+>
|1->|2->=|1-;2->
El primer vector implica que las dos partículas se encuentran en el estado +, el segundo que la partícula 1 se encuentra en el estado + y la 2 en el -, el tercero que la partícula 1 se encuentra en el - y la 2 en el + y el último, que las dos partículas se encuentran en el estado -.
Si el conjunto de las dos partículas se encuentra en cualquiera de los cuatro estados anteriores, las partículas son física y estadísticamente independientes, ya que si yo mido el estado de una, esta medida no afecta a la otra. Por ejemplo, supongamos que las dos paartículas se encuentran en el estado |1+;2->. Si mido el estado de la partícula 1 encontraré que está en el estado + y la partícula 2 seguirá en el estado -.
Los cuatro estados anteriores no son los únicos estadísticamente independientes. Por ejemplo, la partículla 1 se puede encontrar en el estado |1+>+|1->, lo que implica que si mido su estado puedo encontrar el + y el - con igual probabilidad (no voy a normalizar los vectores por comodidad). Si la partícula 2 se encuentra en el estado |2+>, el conjunto de las dos partículas se encontrará en el estado:
(|1+>+|1->)|2+>=|1+;2+>+|1-;2+>
Si mido el estado de la partícula 1 podré obtener los dos estados + y -, pero esta medida no afectará a la partícula 2, que seguirá estando en el estado +. Por ejemplo, supongamos que en esa situación mido el estado de la partícula 1 y obtengo en resultado -, después de la mediida el conjunto de las dos partículas (debido a la reducción del paquete de ondas) se encontrará en el estado |1-;2+>.
Puedo tener estados más complejos que también son estadísticamente independientes. Por ejemplo, supongamos que la partícula 1 se encuentra en el estado |1+>+|1-> y la 2 en el estado |2+>+|2->. Esto quiere decir que si mido el estado de la 1 puedo obtener los dos resultados + y - y que si mido el de la 2, también puedo obtener los dos resultados + y -. En esta situación, el conjunto de las dos partículas estará descrito mediante el siguiente vector:
(|1+>+|1->)(|2+>+|2-)=|1+;2+>+|1+;2->+|1-;2+>+|1-;2->
Si ahora mido el estado de la partícula 1 y obtengo el resultado +, el estado de las dos partículas después de la medida estará descrito mediante el vector (me quedo con todo lo que tenga 1+):
|1+;2+>+|1+;2->
de modo que para la partícula 2 puedo seguir obteniendo los dos valores + y -.
Entrelazamiento cuántico

Veamos ahora en qué consiste el entrelazamiento cuántico. Vamos a suponer que las dos partículas interaccionan entre si y que después de la interacción se encuentran en el siguiente estado:
|1+;2+>+|1-;2->
Ahora las partículas no son estadísticamente independientes. Este estado no lo puedo escribir como producto de un estado de la partícula 1 por otro de la partícula 2. Veamos qué ocurre si realizamos una medida en este estado. Está claro que si mido el estado de la partícula 1 puedo obtener los dos resultados + y - y que lo mismo ocurre para la partícula 2. Ahora bien, supongamos que medimos el estado de la partícula 1 y obtenemos el resultado +, el estado del conjunto de las dos partículas después de la medida será el
|1+;2+>
Es decir, que la medida de la partícula 1 afecta a la partícula 2, ya que después de la medida la partícula 2 se encuentra en el estado +!!!! Cuando el conjunto de las dos partículas se encuentran en un estado de la forma |1+;2+>+|1-;2->, se dice que están entrelazadas. Lo curioso del entrelazamiento, y lo ilógico, es que la medida de la partícula 1 afecta a la 2 de forma instantánea aunque las dos partículas se encuentren muy alejadas. En cuanto yo mida el estado de la 1, cambiará el de la 2.
El estado que hemos visto no es el único en el que hay entrelazamiento (de hecho existen infinitos estados entrelazados). Por ejemplo, el siguiente estado también es entrelazado:
|1+;2->+|1-;2+>
Si midiera el estado de cualquiera de las dos partículas puedo obtener los resultados + y -. Ahora bien, si mido el estado de la 1 y obtengo el resultado +, instantáneamente la partícula 2 pasará al estado -. O bien, si mido el estado de la 1 y obtengo el -, instantáneamente la 2 pasará al estado +.
En todos los casos en los que el estado de las dos partículas no se pueda descomponer como producto de un estado para la partícula 1 por otro estado para la partícula 2, existirá entrelazamiento entre las dos partículas.
El entrelazamiento ha vuelto locos a los físicos desde que se introdujo la teoría cuántica, ya que la convierte en una teoría global (en lugar de local). Lo que yo haga con una partícula en un punto del universo afecta a otra que se encuentre en otro punto del universo de forma instantánea, siempre que las dos partículas estén entrelazadas.
Para que exista este entrelazamiento las partículas tienen que haber interaccionado entre si. Además, como al medir el estado de una de las dos partículas no sabemos qué resultado se obtendrá, resulta que esta "acción a distancia" producida por el entrelazamiento no se puede utilizar para transmitir información de un punto a otro de forma instantánea, por lo que no se viola la teoría especial de la relatividad.

RELATIVIDAD ESPACIAL
DINAMICA RELATIVISTA

http://www.dfmf.uned.es/~aperea/material_docente/MyO/tema4_3.pdf

Superposición cuántica es la aplicación del principio de superposición a la mecánica cuántica. Ocurre cuando un objeto "posee simultáneamente" dos o más valores de una cantidad observable (ejem. la posición o la energía de una partícula).

La superposición cuántica es un principio fundamental de la mecánica cuántica que sostiene que un sistema físico tal como un electrón, existe en parte en todos sus teóricamente posibles estados (o la configuración de sus propiedades) de forma simultánea, pero, cuando se mide, da un resultado que corresponde a sólo una de las posibles configuraciones (como se describe en la interpretación de la mecánica cuántica).