violación de la invariancia de Lorentz

En un laboratorio de París, se hizo que la luz fluyera alrededor de un obstáculo, como el agua rodea una piedra en un arroyo. Solo que aquí el agua es especial: no siente fricción.

Dos bailarines en un mismo escenario repiten los movimientos del otro incluso cuando un telón los separa. En el mundo cuántico, a esas parejas se les llama entrelazadas, y los físicos llevan medio siglo comprobando hasta dónde llega esa conexión. Hasta ahora, todas las pruebas con partículas masivas se referían a sus propiedades internas, como el espín, pero no al movimiento en sí.

Un protón o un núcleo atómico a gran velocidad choca contra la atmósfera terrestre y nace una cascada de miles de millones de partículas. Esa lluvia atmosférica extensa se precipita hacia la superficie, mientras telescopios sensibles captan su tenue resplandor.

Un protón o un núcleo atómico a gran velocidad choca contra la atmósfera terrestre y nace una cascada de miles de millones de partículas. Esa lluvia atmosférica extensa se precipita hacia la superficie, mientras telescopios sensibles captan su tenue resplandor.

En 2017, los detectores registraron una onda gravitacional proveniente de la colisión de dos estrellas de neutrones. 1,7 segundos después, los telescopios vieron un destello de estallido de rayos gamma desde el mismo punto. Ese pequeño retraso se convirtió en un tesoro para los físicos.

La relatividad general, que describe la estructura del universo, no prohíbe los bucles en el tiempo. Pero Stephen Hawking propuso la hipótesis de la 'protección de la cronología': los efectos cuánticos deberían destruir esos bucles, haciendo imposibles los viajes al pasado.

Una peonza que da cien vueltas por segundo de repente empieza a perder velocidad bruscamente, mucho más rápido que cualquier peonza conocida. Así se comporta el púlsar J0435+3233. Es una estrella muerta, comprimida hasta el tamaño de una ciudad, pero girando a una velocidad vertiginosa.

Un láser es como un diapasón que suena en una sola nota. Pero incluso en el silencio absoluto, su sonido tiembla un poco. Antes se creía que ese temblor —los empujones aleatorios debidos a la emisión espontánea de luz por los átomos dentro del láser— era el límite principal de precisión.

En 2021, el observatorio LHAASO registró fotones gamma con energías superiores al petaelectronvoltio procedentes de fuentes como la Nebulosa del Cangrejo, el remanente de una explosión de supernova en cuyo centro late una estrella de neutrones.

En el interior de los planetas y estrellas, en los océanos rotantes de plasma, chocan flujos turbulentos, fuerzas de Coriolis y tensión magnética. La intriga principal es cómo la energía de este caos cristaliza en un armazón magnético estable, capaz de perdurar miles de millones de años.

Dos estrellas muertas giran en su último baile. Su acercamiento genera ondas en el espacio: ondas gravitacionales. Pero en este baile puede participar un tercer compañero invisible. Su atracción acelera a la pareja, y entonces la señal cambia ligeramente de tono, como la sirena de un coche que pasa.

El río del tiempo podría no ser un flujo suave, sino una sucesión de pasos diminutos, como una filmación cuadro a cuadro con una cámara inimaginablemente rápida. En 1964, Y. A. Golfand sugirió que el tiempo no avanza de forma continua, sino a saltos diminutos, y derivó una ecuación que predecía el inevitable aumento del desorden (entropía).

Una cuerda suena perfectamente limpia hasta que una corriente de aire la roza. Más o menos así funciona el láser superradiant: un haz de átomos, previamente cargados de energía, atraviesa una habitación de dos espejos — el resonador óptico (una trampa donde la luz rebota de un lado a otro).

La cosmología se asemeja a una sala de tribunal, donde dos testigos dan testimonios irreconciliables. El primero —el análisis del fondo cósmico de microondas por el satélite Planck— afirma que la expansión del Universo avanza a 67 (km/s)/Mpc.

El té en una taza se enfría tranquilamente sobre la mesa. Pero si pasas a toda velocidad cerca de la velocidad de la luz, el termómetro marcará más, aunque nadie haya calentado el té. Los cálculos lo confirman: la aguja subirá. Hace cien años, los físicos estaban divididos en tres bandos.

Arroja un puñado de arena en agua tranquila: los círculos se expandirán y desaparecerán. Arrójalo en una batidora en funcionamiento: los remolinos lo mezclarán todo al instante. En física hay una regla similar: el caos no puede crecer más rápido que cierto ritmo.

Dos haces de luz recorren un anillo cerrado en direcciones opuestas. Dado que la velocidad de la luz es inmutable, cuando el anillo gira, uno de los haces tiene que alcanzar un objetivo que se desplaza, mientras el otro avanza más rápido. Su encuentro crea un patrón que permite determinar la velocidad de rotación de todo el sistema.

La velocidad de la luz en el vacío es el metrónomo de la física: marca el ritmo de todos los procesos. Si se desincroniza, la armonía habitual se derrumba. Los neutrinos, partículas cósmicas omnipresentes pero casi esquivas, pueden verificar si este ritmo se altera en condiciones extremas.

En un canal delgado de un semiconductor, los electrones no se comportan como individuos solitarios, sino como una multitud en hora punta. Chocan entre sí constantemente, y de esas colisiones depende con qué facilidad el calor y la corriente eléctrica atraviesan el material.

Se lanzan dos monedas en ciudades distintas, pero siempre caen del mismo lado. Los físicos llaman a esto entrelazamiento: las partículas se comportan como si hubiera un hilo invisible entre ellas. Pero ¿y si el hilo no fuera instantáneo, sino simplemente muy rápido, aunque sin superar la velocidad de la luz?

La luz recorre la habitación, se refleja en los espejos y las paredes. El vacío entre ellos parece completamente neutro: no estorba al rayo ni curva su trayectoria. Pero, ¿y si en los cimientos más profundos del mundo el vacío estuviera estructurado de forma más compleja?

La aguja magnética de una brújula apunta al norte, pero ¿y si el propio espacio tuviera un eje oculto? Los físicos han comprobado si la estructura del cosmos, que es la misma en todas las direcciones, podría estar rota, utilizando el campo magnético de la Tierra.

Sobre la mesa del laboratorio hay un aparato parecido a una balanza, pero en lugar de platillos tiene dos pesas de metales distintos: berilio y aluminio. La balanza cuelga de un hilo fino que se retuerce si las pesas son atraídas de manera diferente. Todo el aparato gira siguiendo al Sol, como un girasol que sigue al astro, pero en lugar de luz capta su atracción.

La tercera ley de la mecánica de los agujeros negros, propuesta por Stephen Hawking, prohíbe que un agujero alcance el giro máximo en un tiempo finito, más o menos como un remolino necesitaría una eternidad para lograr una velocidad absoluta. Sin embargo, las simulaciones numéricas en cinco dimensiones violan esta prohibición.

La ecuación de difusión es una foto borrosa de una multitud de partículas: en ella, una perturbación se extiende instantáneamente por todo el Universo, desafiando la teoría de la relatividad. El misterio se agravaba por su conexión con el aumento de la entropía (medida del desorden).

Según las leyes de la física, nada puede superar a la luz, de lo contrario, para algunos observadores, el efecto ocurriría antes que la causa. Artur Ekert y Andrzej Dragan demostraron que esta situación genera una incertidumbre similar a la cuántica.

La estrella S2 completa una órbita alrededor del agujero negro en el centro de la Vía Láctea cada 16 años, alcanzando velocidades de hasta 7650 kilómetros por segundo. Su órbita es una elipse alargada, y en el punto más cercano se acerca al agujero negro a una distancia 120 veces mayor que la distancia entre la Tierra y el Sol.

Dos gigantes negros giran y chocan: un temblor del espacio se propaga por el universo. Ese temblor lo captan los detectores de ondas gravitacionales. Pero en la señal puede esconderse algo más que la masa y la distancia: si las leyes de la física son ligeramente distintas en diferentes direcciones, la onda se distorsionará.

El entrelazamiento cuántico es una conexión especial entre partículas: se influyen mutuamente al instante, incluso separadas por años luz. Durante mucho tiempo se pensó que una aceleración intensa destruía este vínculo.

El océano es como un pastel en capas: arriba, agua cálida y ligera; abajo, agua fría y densa. Entre las capas, en la interfaz, se pasean olas invisibles desde la superficie. No levantan crestas como una tormenta, sino que mecen lentamente toda la columna de agua, como si alguien sacudiera un enorme acuario desde dentro.

En octubre de 2022, el observatorio LHAASO midió el espectro (distribución de energías) del estallido de rayos gamma GRB 221009A, el más brillante jamás registrado. Su luz viajó durante dos mil millones de años y fue tan intensa que perturbó las capas superiores de la atmósfera terrestre.

Las ráfagas rápidas de radio son brillantes destellos cósmicos que, como una señal de partida, inician una carrera de ondas de radio a través del Universo. Los astrónomos las usaron para comprobar si el fotón —la partícula de luz— tiene masa.

Un fotón individual atraviesa dos rendijas y deja un patrón de interferencia en la pantalla. La mecánica cuántica describe este proceso con una función de onda, pero ¿qué ocurre con la partícula en sí?

El 9 de octubre de 2022, el cosmos ofreció un espectáculo como los astrónomos no habían visto en toda la historia de las observaciones. El estallido de rayos gamma GRB 221009A, la explosión cósmica más potente que produce un destello de rayos gamma, cegó a los detectores en órbita y en la Tierra. Fue llamado "el más brillante de todos los tiempos".

Una regla hecha de luz: así podría llamarse el nuevo método para medir diminutos retardos temporales. En 1987, Chong Ki Hong, Zhe-Yu Ou y Leonard Mandel notaron que si dos fotones indistinguibles llegan simultáneamente a un divisor de haz, siempre salen juntos por el mismo puerto.

Dos traductores escuchan la misma sinfonía. Uno solo percibe la nota fundamental: una melodía limpia y predecible. El otro capta los armónicos que tiñen cada nota.