Descobreixen l'última frontera del temps

El temps és la magnitud física que mesura la durada temporal dels esdeveniments: permet ordenar els successos en seqüències, establint un present, un passat i un futur per a tot el que existeix.

La relativitat afegeix una mica de complexitat a aquest senzill raonament: la mesura del temps no sempre és igual, ja que depèn del moviment de cada observador.

L’exemple més clar és l’experiment imaginari establert pel físic Paul Langevin: dos germans bessons que se separen, perquè un fa un viatge espacial a una velocitat pròxima a la de la llum, quan torna és més jove que el que es va quedar a terra.

El bessó que es queda envelleix més perquè el rellotge del bessó de la nau espacial va més lent: el temps transcorre més a poc a poc quan es viatja a la velocitat de la llum. El temps, per tant, és relatiu.

Però la complexitat no s’acaba aquí: segons la física quàntica, el temps està en una superposició d’estats en què passat, present i futur es fonen, i en què els processos de causa i efecte s’inverteixen. Però és el mateix per a tots aquests processos.

Mesurant el temps

Els éssers humans fa que mesurem el temps al voltant de cinc mil anys i per aconseguir-ho hem ideat diversos sistemes, des del rellotge de sorra i els rellotges d’aigua, fins als cronòmetres i els rellotges digitals.

A la cúspide d’aquesta escalada per atrapar i mesurar el temps hi ha els rellotges atòmics, que mesuren com transcorre en processos tan bàsics de la matèria com la ressonància atòmica.

En comptes d’un pèndol per mesurar la durada de l’oscil·lació, els rellotges atòmics treballen amb la freqüència amb què ocorren canvis als àtoms. Aquests rellotges han establert un nou patró per a la definició de la unitat de temps físic: el temps atòmic internacional.

Els rellotges atòmics, que només poden desviar-se un segon cada 30.000.000 anys, mesuren les ones electromagnètiques necessàries per canviar una propietat dels àtoms de cesi anomenada ‘espín’.

L’última frontera

Una nova evolució en el procés de mesurar el temps es va aconseguir amb l’anomenat ‘rellotge quàntic’: augmenta la precisió perquè mesura els canvis d’estat d’un àtom d’alumini carregat elèctricament.

És com un rellotge atòmic domèstic que només es retarda un segon cada 3.700 milions d’anys i pot detectar minúscules variacions encara teòriques, com les que suposadament ocorren en la velocitat de la llum quan està en el buit.

Ara, tres fisicoteòrics de la Universitat Estatal de Pennsilvània han calculat el límit màxim, l’última frontera, a partir de la qual pot ser mesurada la fracció mínima de temps en un rellotge quàntic.

La seva proposta, formulada a la revista ‘Physical Review Letters’, es basa en el càlcul del que podria determinar un rellotge quàntic: estableix que el període de temps que pot mesurar un rellotge quàntic en l’univers és com a màxim 10 ^ ¿33 segons.

Evolució conceptual

Es tracta d’una predicció teòrica aportada per Garrett Wendel, Luis Martínez i Martin Bojowald, que implica una evolució en la manera d’entendre el temps físic.

Segons la relativitat, el que permet als germans bessons tenir en algun moment edats diferents és que el temps, tot i que és una quantitat contínua, pot moure’s més lent o més de pressa segons la velocitat.

Per a la mecànica quàntica, no obstant, el temps és constant i universal, malgrat les seves paradoxals característiques: es desenvolupa com els fotogrames d’una pel·lícula, en forma de petites unitats de temps indivisibles basades en l’interval temporal més petit físicament significatiu (temps de Planck).

La nova investigació aporta una nova idea que podria resoldre l’aparent contradicció entre el temps relativista i el quàntic: el temps no és només una coordenada, sinó també una vibració física prou ràpida que pot mesurar-se.

Planteja que un rellotge universal que funcioni en una unitat de temps molt petita podria mesurar el temps constant en tot l’univers (temps quàntic), alhora que podria incorporar les variacions de velocitat. En el cas dels bessons, no hi hauria dues mesures diferents de temps.

Oscil·lador quàntic

La seva teoria es basa en un rellotge universal que seria un oscil·lador quàntic: salta regularment entre els dos estats o moments.

El temps que inverteix l’oscil·lador quàntic en aquests salts es dedueix al comparar els seus ritmes amb els d’un rellotge atòmic.

La diferència entre les dues mesures és el que determina que el temps té, teòricament, un període fonamental, assenyalen els investigadors. Aquell període fonamental seria la base mínima del temps universal. L’última frontera del temps.

No obstant, per comprovar que el temps té realment un període fonamental, serà necessari confirmar el càlcul teòric de la mesura aportada per aquest equip. Detectar-ho físicament portarà encara molt temps, adverteix APS Physics.

Notícies relacionades

La sequera a l’Amazones deixa veure rostres humans antics i desconeguts

El telescopi Webb confirma que la taxa d’expansió de l’Univers continua sent una gran incògnita

Referència:

Physical Implications of a Fundamental Period of Time. Garrett Wendel, Luis Martínez, and Martin Bojowald. Phys. Rev. Lett. 124, 241301. 19 June 2020. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.241301