Animación de LCARS del Mayor Howard 'Adge' Cutler, http://lcars.org.uk
En el universo de Star Trek, el subespacio es el reino imaginario que permite a las naves espaciales superar la barrera de la luz, lo que facilita viajes más rápidos que la luz y la comunicación instantánea. Invita a la especulación sobre cómo la física del mundo real aborda las dimensiones, los fenómenos cuánticos y la propia esencia de la realidad.
Realidad 1D en un universo 4D
La idea de una unidimensionalidad realidad existente dentro de nuestro universo de cuatro dimensiones Fascina a los físicos. Aunque hipotéticos, se consideran escenarios como las cuerdas y branas cósmicas en la teoría de cuerdas, si bien enfrentan importantes desafíos físicos y prácticos.
Posibilidades matemáticas de las estructuras unidimensionales
Matemáticamente, es posible integrar estructuras de menor dimensión en espacios de mayor dimensión. Algunos ejemplos incluyen cuerdas cósmicas y branas 1D, que interactúan con todo el continuo espacio-tiempo en lugar de existir independientemente.
Desafíos para sostener una realidad unidimensional
La creación de una realidad unidimensional viable se enfrenta a problemas como la limitada complejidad gravitacional y las restricciones topológicas. Inherentemente conectado a dimensiones superiores, un universo unidimensional independiente resulta difícil de concebir.
Fotones: uniendo los reinos clásico y cuántico
Los fotones desafían una clasificación simple, existiendo tanto como puntos clásicos en el espacio-tiempo como excitaciones de campos cuánticos. Su dualidad ilustra la compleja frontera entre lo clásico. física y cuántica mecánica.
Tunelización: un salto cuántico más allá de las dimensiones
Según el consenso académicofotón cuántico La tunelización representa la exploración probabilística de trayectorias, no cambios dimensionales. Esto mecánica cuántica El aspecto muestra partículas interactuando a través del vacío cuántico, resaltando una naturaleza no local.
Contrario: ¿Cómo? Lo único que dicen los físicos cuánticos es que existen ecuaciones de probabilidad que pueden predecir muy bien el comportamiento de los fotones.
Vacío cuántico y dimensiones superiores
Consenso: El vacío cuántico es Generalmente se lo ve como una entidad de cuatro dimensiones, aunque Las teorías especulativas proponen dimensiones superiores vincular la mecánica cuántica con la gravedad, aunque estas ideas siguen sin confirmarse.
Contrario: Ahora bien, seamos claros: las ideas no confirmadas son ambas "Tentidad cuatridimensional vista típicamente” así como dimensiones superiores o inferiores.
Dimensiones de reserva
Consenso: Fenómenos como el entrelazamiento y resultado del efecto túnel de la cuántica Mecánica de campos en lugar de dimensiones ocultas. Los fotones se comportan según la naturaleza probabilística de la teoría cuántica de campos, desafiando las restricciones clásicas.
Contrario: No hay ninguna prueba de que las "dimensiones ocultas" no estén involucradas. Si estas "dimensiones ocultas" solo sirven como metáfora para comprender lo que sucede en los experimentos de entrelazamiento y tunelización, que así sea.
La ciencia no se centra principalmente en comprender la mecánica subyacente del universo; su objetivo es, más bien, hacer predicciones basadas en observaciones y aprovechar estas predicciones.
Ahora bien, ¿no sería fantástico si se pudiera idear un experimento para demostrar que en los experimentos de túnel y entrelazamiento cuántico hay dimensiones ocultas?
La imaginación se encuentra con la física
El subespacio de Star Trek es hipotético; refleja nuestro anhelo de trascender los límites espaciales. La verdadera complejidad del universo reside en los campos cuánticos, según el consenso, lo que demuestra que la física es tan inspiradora como un pomo de puerta.
En 1994, el profesor Dr. Günter Nimtz y su colega Horst Aichmann realizaron en Hewlett-Packard experimentos innovadores que implicaban transmitir información más rápido que la luz. Gracias a un fenómeno llamado efecto túnel cuántico, lograron transportar una señal a una distancia muy corta a una velocidad 4.7 veces superior a la de la luz. Este notable resultado ha provocado acalorados debates entre los científicos, pero sigue siendo reproducible.
¿MÁS RÁPIDO QUE LA LUZ?
Por improbable que parezca, estuve presente en 1999 cuando el Profesor Dr. Nimtz transmitió una señal de microondas modulada en AM de la 40ª sinfonía de Mozart a través de un prisma doble Bose a 4.7 veces la velocidad de la luz.
Experimento de túnel cuántico de Nimtz, 1999
Como webmaster de un sitio web de noticias con temática de ciencia ficción llamado “Museo del Futuro”Siempre estaba buscando temas interesantes. Un día, me topé con un artículo sobre el Dr. Nimtz y los enigmáticos procesos de efecto túnel cuántico superlumínico. Intrigado, me acerqué a él y gentilmente aceptó demostrarme su experimento.
“Cuando conocí al Prof. Dr. Nimtz por primera vez, me mostraron su nuevo experimento de tunelización. Como profano en la materia, no puedo empezar de inmediato a hacer una interpretación científica detallada de su experimento, pero intentaré comprender lo que vi hoy y compartir mis ideas y preguntas, y poner a disposición los datos a medida que se vayan conociendo”.
“Presento aquí por primera vez imágenes exclusivas a nivel mundial del nuevo experimento del profesor Nimtz”.
En este experimento, se comparó la señal tunelizada cuánticamente con una señal que viajaba a través del espacio ordinario de un laboratorio. Para demostrarlo, el Dr. Nimtz empleó un osciloscopio y un diodo detector para medir con precisión el tiempo de tunelización.
Mozart a 4.7 veces la velocidad de la luz
Anticipándome a posibles preguntas en el futuro, preparé un breve vídeo hace seis años que incluye la última grabación sobreviviente de la transmisión superlumínica de Mozart.
Preguntas técnicas
En agosto de 2023, me comuniqué con Horst Aichmann, el ingeniero que está detrás del experimento de efecto túnel cuántico y coautor, junto con el profesor Nimtz, de varios artículos relacionados. Le pregunté sobre la modulación y la detección de la sincronización de la señal. Me proporcionó la siguiente información:
“Durante nuestras mediciones de tiempo, creé un modulador de pulsos equipado con un filtrado especializado, que permite una frecuencia de repetición de 13 MHz y un tiempo de subida de aproximadamente 500 picosegundos. La señal AM proporciona una traza fácilmente detectable y medible, gracias a un diodo detector rápido acoplado a un osciloscopio suficientemente rápido”.
Si efectivamente aceptamos la existencia de efectos superlumínicos originados por el efecto túnel cuántico, podemos concluir que este fenómeno permite que una partícula entre en un estado taquiónico estrictamente localizado, durante un período muy corto de tiempo.
La tunelización superlumínica se ha realizado con éxito cientos de veces en laboratorios de todo el mundo, lo que demuestra su aplicabilidad en la tecnología cotidiana. Por ejemplo, el lector de huellas dactilares de su teléfono inteligente utiliza la tunelización cuántica. Puede que no lo piense, ¡pero funciona!
Lectores de huellas dactilares y efecto túnel cuántico
Cuando se produce un efecto túnel cuántico con un puntero láser rojo (que opera a una frecuencia de varios cientos de terahercios), el campo taquiónico evanescente sólo se extiende unos pocos picómetros debido a la alta frecuencia.
Durante los experimentos de Nimtz, utilizó una frecuencia de 8.7 GHz, que coincidía casualmente con la longitud de onda de las emisiones de helio-3. Esta frecuencia en particular permitió que su campo evanescente fuera detectable a varios centímetros de distancia entre los prismas. (Resultó que el emisor de microondas disponible en el laboratorio de la universidad operaba a esta frecuencia).
Curiosamente, parece que cuanto menor sea la frecuencia utilizada, más extenso será el campo evanescente que se extiende desde la barrera.
Recientemente, este experimento innovador fue replicado por Pedro Elsen y Simón Tebeck, quienes presentaron sus hallazgos en “Investigación juvenil”, prestigioso concurso de física para estudiantes de Alemania, en 2019. Su trabajo les valió el primer premio de Rheinland-Pfalz, así como el Premio Heraeus para Alemania.
Izquierda: la ex canciller de Alemania, Angela Merkel, derecha: Peter Elsen, ganador de “Jugend Forscht” (17)
¿Qué es una brana? (Topología y teoría de cuerdas en pocas palabras)
La regla de que nada puede moverse más rápido que la luz tiene una excepción poco conocida: las ondas evanescentes. Se han intentado diversas explicaciones para explicar este fenómeno.
Mi explicación es sencilla: un fotón es la unidad más pequeña posible de topología, geometría, dimensión, información, energía o cualquier cosa. Topológicamente, un fotón es un punto de dimensión cero en el espacio; es un cuanto de dimensión cero (0).
En el hipnótico ballet del efecto túnel cuántico, este fotón, este potencial puro, atraviesa una barrera. Al hacerlo, se transforma; cuando un punto pasa de una localidad a otra, se convierte en una línea, en una cuerda. Es esta misma cuerda, ese delicado filamento, el que encuentra su lugar en la gran narrativa de la teoría de cuerdas. De repente, hemos trascendido del reino etéreo de la dimensión cero a la realidad tangible de un objeto unidimensional.
En el léxico de la física teórica, también podríamos referirnos a esta cuerda unidimensional como una “brana”, que existe dentro de un espacio confinado, unidimensional, desprovisto del tapiz del tiempo.
¿Qué es una brana?
En los ámbitos de la teoría de cuerdas y cuántica, una 1-brana son “objetos u ondas” unidimensionales que atraviesan el espacio-tiempo, no a través de leyes clásicas, sino regidos por los principios de la física cuánticaCuando consideramos el espacio unidimensional, omitimos la cuarta dimensión, que es el tiempo.
En este contexto, los fotones o las cuerdas pueden moverse de manera superlumínica. No se trata de una mera idea matemática abstracta, sino que refleja nuestra realidad.
Las ondas evanescentes son el resultado de que los fotones reentran en el reino no cuántico de cuatro dimensiones, lo que nos permite presenciar el movimiento más rápido que la luz de un fotón que atraviesa una barrera.
Es espacio, Jim, pero no como lo conocemos.
Albert Einstein explicó su teoría de la relatividad especial utilizando la geometría del matemático Hermann Minkowski, quien unificó el espacio y el tiempo en un continuo espacio-tiempo de cuatro dimensiones.
Para su teoría de la relatividad general, Einstein empleó la geometría de Riemann (una rama que incluye el concepto de espacio curvo) para describir cómo la masa y la energía distorsionan el espacio-tiempo.
Esta "topología”, el modelo del espacio curvo, ha ejercido sobre nosotros una fascinación infinita desde los tiempos más remotos.
Un humano meditando sobre la esfera de Riemann
La esfera existe en tres y cuatro dimensiones. En los reinos unidimensionales y cerodimensionales, la esfera (y el tiempo) no existen, porque estas dimensiones carecen de la estructura necesaria para definir una “superficie” o un “volumen”, y mucho menos un “tiempo”.
¿Es “hora” de ir más allá de la esfera de Riemann en nuestra comprensión del cosmos?
Para brindar las mejores experiencias, utilizamos tecnologías como cookies para almacenar y / o acceder a la información del dispositivo. El consentimiento de estas tecnologías nos permitirá procesar datos como el comportamiento de navegación o identificaciones únicas en este sitio. No dar su consentimiento o retirar el consentimiento puede afectar negativamente a determinadas características y funciones.
Funcional
Siempre activo
El almacenamiento o acceso técnico es estrictamente necesario para el propósito legítimo de permitir el uso de un servicio específico solicitado explícitamente por el suscriptor o usuario, o con el único propósito de llevar a cabo la transmisión de una comunicación a través de una red de comunicaciones electrónicas.
Preferencias
El almacenamiento o acceso técnico es necesario para el propósito legítimo de almacenar preferencias que no son solicitadas por el suscriptor o usuario.
Estadísticas
El almacenamiento o acceso técnico que se utiliza exclusivamente con fines estadísticos.El almacenamiento o acceso técnico que se utiliza exclusivamente con fines estadísticos anónimos. Sin una citación, el cumplimiento voluntario por parte de su proveedor de servicios de Internet o registros adicionales de un tercero, la información almacenada o recuperada para este propósito por sí solo no se puede utilizar para identificarlo.
Marketing
El almacenamiento técnico o el acceso son necesarios para crear perfiles de usuario para enviar publicidad o para rastrear al usuario en un sitio web o en varios sitios web con fines de marketing similares.
Usamos cookies para optimizar nuestro sitio web y nuestro servicio.
Funcional
Siempre activo
El almacenamiento o acceso técnico es estrictamente necesario para el propósito legítimo de permitir el uso de un servicio específico solicitado explícitamente por el suscriptor o usuario, o con el único propósito de llevar a cabo la transmisión de una comunicación a través de una red de comunicaciones electrónicas.
Preferencias
El almacenamiento o acceso técnico es necesario para el propósito legítimo de almacenar preferencias que no son solicitadas por el suscriptor o usuario.
Estadísticas
El almacenamiento o acceso técnico que se utiliza exclusivamente con fines estadísticos.El almacenamiento o acceso técnico que se utiliza exclusivamente con fines estadísticos anónimos. Sin una citación, el cumplimiento voluntario por parte de su proveedor de servicios de Internet o registros adicionales de un tercero, la información almacenada o recuperada para este propósito por sí solo no se puede utilizar para identificarlo.
Marketing
El almacenamiento técnico o el acceso son necesarios para crear perfiles de usuario para enviar publicidad o para rastrear al usuario en un sitio web o en varios sitios web con fines de marketing similares.
