El espacio y el tiempo suelen considerarse componentes de un continuo de cuatro dimensiones que conocemos como espacio-tiempo y que subyace a nuestro mundo físico.
Físicos del siglo XIX asumieron que el espacio era distinto del tiempo , y dos investigadores ahora sospechan que tenían razón
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ZAP
13 de abril de 2025
Una investigación sobre el comportamiento cambiante de un solo bit cuántico a lo largo del tiempo ha revelado una similitud tentadora con la geometría del espacio tridimensional: podría ser una emanación del tiempo. Pero separar el espacio del tiempo violaría las leyes de la relatividad especial de Einstein.
Los físicos del siglo XIX asumieron que el espacio era distinto del tiempo , y dos investigadores ahora sospechan que tenían razón.
Su conclusión, que resulta del análisis del comportamiento de los qubits , pone en tela de juicio la idea actualmente dominante de que el espacio-tiempo de cuatro dimensiones es la estructura fundamental de la realidad física.
Un qubit es un objeto que tiene dos estados posibles: por ejemplo, dos rotaciones diferentes.
Debido a que es cuántico, un qubit también puede existir en combinaciones de estos estados que cualquier objeto familiar nunca podría asumir: un fenómeno conocido como superposición.
Durante años, los físicos han considerado que las matemáticas de los estados qubit son “extremadamente sugerentes” de una conexión más profunda con la geometría del espacio, dice Vlatko Vedral , investigador de la Universidad de Oxford, citado por New Scientist .
Ahora, Vedral y James Fullwood de la Universidad de Hainan en China han presentado un argumento matemático sobre cómo la geometría del espacio puede codificarse en el comportamiento de un qubit en el tiempo.
Comenzaron con un modelo matemático para un solo qubit que podría someterse a una secuencia de mediciones durante un período de tiempo determinado.
Dentro de este modelo —y sin asumir nada sobre el estado inicial del qubit— analizaron cuáles serían las correlaciones entre los resultados de dichas mediciones al considerarlas en diferentes intervalos de tiempo.
El proceso es un poco como analizar si lo que el qubit está haciendo hoy está relacionado con lo que estaba haciendo hace 24 horas , y luego compararlo con lo que estaba haciendo hace 48 horas, y así sucesivamente.
Durante el estudio, los investigadores descubrieron que la estructura de estas correlaciones era matemáticamente similar a un espacio tridimensional .
En concreto, a partir del comportamiento de un qubit a lo largo del tiempo , los investigadores obtuvieron una fórmula para medir distancias en el espacio: la llamada “métrica euclidiana”.
Vedral dice que la geometría del espacio en el que vivimos es más compleja que la versión que descubrieron a través de sus cálculos del comportamiento de los qubits a lo largo del tiempo.
Pero la recuperación de la métrica euclidiana desde una configuración tan mínima y sin conocimiento previo del qubit todavía puede ser un indicio de que el espacio está relacionado con el tiempo y la información cuántica .
“Es interesante que un solo qubit sea suficiente para obtener un espacio euclidiano completamente tridimensional”, afirma.
Pero hay otra implicación tentadora de los hallazgos del estudio, disponible en preimpresión en arXiv: que el tiempo está de alguna manera separado del espacio , porque la geometría de este último puede derivarse del primero .
El espacio y el tiempo suelen considerarse componentes de un continuo de cuatro dimensiones que conocemos como espacio-tiempo y que subyace a nuestro mundo físico.
Separarlos violaría las leyes de la relatividad especial de Albert Einstein y, como tal, es una idea controvertida entre los físicos . Sin embargo, hay otros investigadores que sostienen que el espacio y el tiempo deberían estar separados .
Por ejemplo, Lee Smolin , investigador del Perimeter Institute de Canadá, dice que en su opinión el tiempo es más fundamental que el espacio . Sin embargo, no cree que el tiempo exista en una forma que pueda ser capturada con las ecuaciones del nuevo estudio.
Su hipótesis, que tampoco es actual , es que “el tiempo no es algo congelado o necesitado de estructura”, sino que debe entenderse como una sucesión de momentos presentes que ocurren uno detrás de otro , sin ningún pasado o futuro físicamente significativo o cognoscible.
Thomas Galley , del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de Viena, Austria, dice que podría ser intuitivo pensar que el tiempo es de alguna manera diferente del espacio simplemente porque lo experimentamos como tal .
Pero una comprensión matemática completa de lo que esto significa en el contexto de los qubits todavía es bastante difícil.
Por ejemplo, Galley señala que el nuevo estudio, aunque interesante, no dilucida un mecanismo exacto a través del cual el espacio surgiría del qubit y el tiempo .
Además, la proposición de que “ qubit más tiempo es igual a espacio ” puede no ser única, ya que sería posible intercambiar el qubit por un objeto cuántico más complicado y aún así extraer una métrica euclidiana, dice Galley.
Vedral dice que en el futuro podría ser posible probar algunas de estas ideas teóricas a través de experimentos.
Los objetos cuánticos ultrafríos pueden asumir estados de superposición como el qubit del nuevo trabajo, al igual que los qubits físicos similares a los que se utilizan en las computadoras cuánticas.
Pero es probable que queden muchas preguntas matemáticas pendientes , lo que significa que los físicos pueden seguir debatiendo cómo deberíamos pensar sobre el espacio-tiempo durante los próximos años.
“Me parece que el espacio-tiempo bien puede ser una ficción, en el sentido de que es una forma útil y conveniente para nosotros de hablar sobre las cosas que suceden en el universo, pero en última instancia no lo necesitaremos”, dice Vedral.
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