¿Supera la luz su límite de velocidad? Dos experimentos alucinantes exploran la posibilidad de adelantarse al tiempo

La velocidad a la que viaja la luz por el vacío, de unos 297.600 kilómetros por segundo, se venera en la física como un límite de velocidad universal. Según los libros de texto y las tertulias en los garitos de moda, nada puede viajar a mayor velocidad; si algo lo hiciera, la teoría de la relatividad de Einstein se vendría abajo, y la física teórica se desmoronaría. Sin embargo, dos nuevos experimentos han demostrado hasta qué punto es equivocada esa cómoda creencia. Según los físicos, la teoría de Einstein sobrevive, pero los resultados de los experimentos son alucinantes y extraños. Ahora, los especialistas discuten si se podría enviar información real, como la noticia de un accidente inminente, a una velocidad superior a la de la luz.

En el más impresionante de los nuevos experimentos, un impulso luminoso que entra en una cámara transparente llena de gas cesio especialmente preparado es disparado a una velocidad 300 veces superior a la velocidad normal de la luz. Es una velocidad tan alta que, en estas peculiares circunstancias, la parte principal del impulso sale del extremo más alejado de la cámara antes de entrar por el más cercano.Es como si alguien que mirase por una ventana de una casa viese a un hombre resbalar y caer en una superficie helada al cruzar la calle antes de que los testigos de la acera viesen cómo ocurre el percance: una visión previa del futuro. Pero parece que la teoría de Einstein y al menos una pizca de sentido común sobreviven, porque el efecto nunca se podría utilizar para advertir con efectos retroactivos a tiempo para alterar el pasado: en este caso, para impedir el accidente.

Un trabajo sobre el experimento que llevó a cabo Lijun Wang, del Instituto de Investigación NEC de Princeton, Nueva Jersey (EEUU), ha sido enviado a la revista Nature y está en el proceso de revisión por expertos antes de su publicación. Es sólo el ejemplo más espectacular del trabajo llevado a cabo últimamente por un amplio abanico de investigadores que han producido velocidades superlumínicas de propagación en varios materiales, con la esperanza de encontrarle el punto flaco a Einstein y utilizar el efecto en aplicaciones prácticas como la aceleración de circuitos eléctricos.

Experimento precioso

El físico Raymond Chiao (Universidad de California en Berkeley)quien, como otros físicos de la unida comunidad de la investigación óptica, conoce bien el trabajo de Wang, afirma: "Parece un experimento precioso". Chiao, cuya investigación sirvió en parte de base para el experimento, añade: "Se ha desatado una gran polémica", y comenta que él y la mayoría de los demás físicos coinciden en que no se podría enviar información real a una velocidad superior a c, la velocidad de la luz.

Aunque se niega a aportar detalles de su trabajo porque todavía no se ha publicado, Wang afirma: "En efecto, se puede hacer que nuestros impulsos luminosos viajen a una velocidad superior a c. Esto es una propiedad especial de la luz en sí, que es diferente de un objeto conocido, como un ladrillo", ya que la luz es una onda sin masa. Un ladrillo no podría viajar tan rápidamente sin crear problemas verdaderamente graves a la física, por no hablar de la humanidad en general.

En un trabajo sobre el segundo nuevo experimento, realizado por Daniela Mugnai, Anedio Ranfagni y Rocco Ruggeri, del Consejo Nacional de Investigación italiano, y publicado el 22 de mayo en la revista Physical Review Letters, se describe lo que parece una propagación de microondas algo más rápida que c por aire normal y corriente.

Según el físico Aephraim M. Steinberg (Universidad de Toronto), el tipo de cámara del experimento de Wang se utiliza normalmente para amplificar ondas de luz de láser, no para acelerarlas. En el proceso habitual, se proyecta un haz de luz en la cámara, el cual estimula los átomos de cesio y, después, un segundo haz de luz que atraviesa la cámara absorbe parte de esa energía y se amplifica al atravesarlos.

Pero, dice Steinberg, la amplificación sólo tiene lugar si el segundo haz se ajusta a una determinada longitud de onda. Al elegir, inteligentemente, una longitud de onda ligeramente diferente, Wang indujo al cesio a acelerar un impulso luminoso sin distorsionarlo. Steinberg explica: "Si se observa el impulso total que sale, en realidad no queda amplificado".

El experimento tiene otra particularidad, ya que sólo un tipo de onda especialmente raro puede propagarse por el cesio. Las señales de ondas de luz, que consisten en paquetes de ondas, en realidad tienen dos velocidades importantes: la velocidad de las crestas y los senos de las propias ondas de luz, y la velocidad del pulso o paquete en el que están agrupadas. Un pulso puede contener miles de millones o billones de crestas y senos diminutos. En el aire, las dos velocidades son iguales, pero en el cesio estimulado no sólo son diferentes, sino que los pulsos y las ondas de que están compuestos pueden viajar en direcciones opuestas, como un embotellamiento en una autopista, que se puede propagar hacia atrás desde el puesto de peaje cuando empieza la hora punta, aunque los coches sigan moviéndose hacia adelante.

En el plasma

Estos modos llamados regresivos no son nuevos, ya que se han medido habitualmente en otros medios como el plasma, o los gases ionizados. Pero en el experimento del cesio, el resultado es especialmente extraño, porque las ondas regresivas de luz pueden, en efecto, absorber energía de los átomos de cesio estimulados para devolverla poco después.

El resultado global es una onda emitida exactamente igual en forma y densidad a la onda incidente; sólo que la onda emitida sale enseguida, antes incluso de que llegue siquiera la cresta de la onda incidente.

Según la interpretación del experimento por parte de la mayoría de los físicos, lo que advierte a la cámara de cesio de la inminente llegada de un pulso es un precursor de baja intensidad (a veces llamado cola, aunque llegue primero) de la onda incidente. En un proceso cuyos detalles no se conocen muy a fondo, pero cuyo efecto en el experimento de Wang es asombroso, la cámara de cesio reconstruye el pulso total únicamente a partir de la información contenida en la forma y el tamaño de la cola, y suelta el pulso anticipadamente.

Si llamamos lado cercano al lado de la cámara que hay delante de la onda incidente y al otro lado lejano, la secuencia de acontecimientos es más o menos la siguiente: la onda incidente, con la cola por delante, se aproxima a la cámara. Antes de que la cresta de la onda incidente llegue al lado cercano de la cámara, desde el lado lejano se emite un impulso completo, junto con una onda regresiva dentro de la cámara que se mueve desde el lado lejano hasta el cercano.

La onda regresiva, que viaja a 300 veces c, llega al lado cercano de la cámara justo a tiempo de encontrarse con la onda incidente. Las crestas de una onda se superponen con los senos de la otra, de forma que se anulan mutuamente y no queda nada. En realidad, lo que ha ocurrido es que la onda incidente ha devuelto los átomos de cesio que transmitieron energía en el otro lado de la cámara.Una persona que observase únicamente el principio y el final del experimento sólo vería un impulso luminoso que, de alguna manera, se adelanta en el tiempo moviéndose a una velocidad superior a c. Steinberg afirma: "Para una primera demostración, esto me parece precioso".

En el experimento de Wang, el pulso emitido ya había recorrido unos 18,28 metros desde la cámara antes de que el pulso incidente alcanzase el lado cercano de la cámara. Esa distancia corresponde a 60.000 millonésimas de segundo a la velocidad de la luz. Pero, según el físico Peter W. Milonni (Laboratorio Nacional de Los Alamos, EEUU), en realidad no permitiría a nadie enviar información a una velocidad superior a c. Aunque la cresta del pulso es impulsada esa cantidad, un leve precursor del pulso probablemente haya dado al cesio una pista de que se avecina.

Información

Milonni comenta: "La información ya está allí, en el borde incidente del pulso. Podemos tener la impresión de que enviamos información superlumínicamente aunque no estemos enviando información". La cámara de cesio ha reconstruido la forma completa del pulso, utilizando sólo la forma del precursor. Por eso, para la mayoría de los físicos, en el nuevo trabajo no se han socavado principios fundamentales.

Pero no todos los físicos coinciden en que se haya resuelto la cuestión. Ranfagni, del grupo italiano, que utilizó un ingenioso equipo de óptica reflectante para crear pulsos de microondas que parecían viajar nada menos que un 25% más deprisa que c en distancias cortas, afirma: "Este problema sigue sin resolverse".

Güenter Nimtz, físico de la Universidad de Colonia, opina que varios experimentos, entre ellos los del grupo italiano, han enviado de hecho información superlumínicamente. Pero ni siquiera Nimtz cree que este truco permita a alguien retroceder en el tiempo. Básicamente, Nimtz dice que el tiempo que se tarda en leer cualquier información entrante invalidaría cualquier ventaja temporal y haría imposible advertir retrospectivamente y variar acontecimientos del pasado.

Independientemente de cómo terminen esos debates, Steinberg afirma que algún día se podrán usar técnicas estrechamente relacionadas con las de Wang para acelerar señales que normalmente se ralentizan al atravesar toda clase de materiales corrientes en los circuitos. Una versión miniaturizada del modelo de Wang es, según Steinberg, "exactamente el tipo de sistema deseable para esa aplicación". Por desgracia para aquellos a quienes les gustaría ver un microprocesador informático sin límite de velocidad, Steinberg aclara que el truco ayudaría a las señales a viajar a velocidades más cercanas a la de la luz, pero no a velocidades superiores a ella.