Por David Harris
No me detengas ahora
(Imagen: Ellinor Hall / Johner/Corbis)
Una BOLA que gira en el vacío nunca debe disminuir la velocidad, ya que no hay fuerzas externas que actúen sobre ella. Al menos eso es lo que Newton habría dicho. Pero, ¿qué pasa si el vacío en sí crea un tipo de fricción que pone los frenos en los objetos que giran? El efecto, que pronto podría ser detectable, podría actuar sobre los granos de polvo interestelar.
En mecánica cuántica, el principio de incertidumbre dice que nunca podemos estar seguros de que un vacío aparente esté verdaderamente vacío. En cambio, el espacio está burbujeando con fotones que constantemente entran y salen de la existencia antes de que puedan medirse directamente. A pesar de que aparecen solo fugazmente, estos fotones «virtuales» ejercen las mismas fuerzas electromagnéticas sobre los objetos que encuentran que los fotones normales.
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Ahora, Alejandro Manjavacas y F. Javier García de Abajo, del Instituto de Óptica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas de Madrid, dice que estas fuerzas deberían ralentizar los objetos giratorios. Así como una colisión frontal tiene un golpe más grande que un golpe entre dos autos uno detrás del otro, un fotón virtual que golpea a un objeto en la dirección opuesta a su giro choca con mayor fuerza que si golpea en la misma dirección.
Por lo tanto, con el tiempo, un objeto giratorio se ralentizará gradualmente, incluso si un número igual de fotones virtuales lo bombardean desde todos los lados. La energía de rotación que pierde se emite entonces como fotones reales detectables (Revisión física A, DOI: 10.1103/PhysRevA.82.063827).
La fuerza del efecto depende del maquillaje y el tamaño del objeto. Los objetos cuyas propiedades electrónicas les impiden absorber fácilmente las ondas electromagnéticas, como el oro, pueden desacelerar poco o nada. Pero las partículas pequeñas y de baja densidad, que tienen menos impulso de rotación, se ralentizan drásticamente.
La tasa de desaceleración también depende de la temperatura, ya que cuanto más caliente es, más fotones virtuales entran y salen de la existencia, produciendo la fricción. A temperatura ambiente, un grano de grafito de 100 nanómetros de ancho, del tipo que es abundante en polvo interestelar, tardaría unos 10 años en disminuir a aproximadamente un tercio de su velocidad inicial. A 700 ° C, una temperatura promedio para las áreas calientes del universo, esa misma disminución de velocidad tomaría solo 90 días. En el frío del espacio interestelar, tomaría 2,7 millones de años.
¿Se puede probar este efecto en el laboratorio? Manjavacas dice que el experimento requeriría un láser de ultra alto vacío y alta precisión para atrapar las nanopartículas, condiciones que son «exigentes pero alcanzables en el futuro previsible».
John Pendry, del Imperial College de Londres, llama al análisis una «buena pieza de trabajo» y dice que podría proporcionar información sobre si la información cuántica se destruye alguna vez, por ejemplo, cuando cae en un agujero negro. Dice que los fotones reales emitidos durante el proceso de desaceleración deben contener información sobre el estado cuántico de la partícula giratoria, al igual que los fotones que se cree que escapan de los agujeros negros como la radiación Hawking se cree que codifican información sobre los agujeros.
» Este es uno de los pocos procesos elementales que convierte lo que parece ser energía mecánica puramente clásica en un estado cuántico altamente correlacionado», dice Pendry.
Cómo flotar por encima de un vacío
Houdini estaría orgulloso. Parece que hay una manera de levitar un objeto en el vacío simplemente canalizando las fluctuaciones cuánticas.
El truco consiste en el efecto Casimir, en el que los objetos muy cercanos entre sí se juntan gracias a las fluctuaciones cuánticas en el vacío entre ellos y a su alrededor. Cuando dos placas se acercan cada vez más, por ejemplo, se pueden producir menos fluctuaciones en el espacio entre ellas. Las fluctuaciones en sus lados exteriores, sin embargo, continúan con normalidad. Esta diferencia de presión a ambos lados de las placas las obliga a pegarse entre sí.
En los últimos años, los físicos han estado tratando de desarrollar formas de revertir el efecto Casimir y repeler los objetos cercanos, haciendo que leviten. Las sugerencias anteriores han incluido la inserción de diversos materiales entre los objetos a repeler – como los metamateriales exóticos, que doblan las ondas electromagnéticas de manera opuesta a la esperada, invirtiendo el efecto Casimir.
Ahora, Stanislav Maslovski y Mário Silveirinha de la Universidad de Coimbra en Portugal esbozan una forma de repeler objetos sin material de relleno. Su configuración, descrita en un artículo que aparecerá en la Revisión Física A, utiliza varillas de plata de 40 nanómetros de ancho pegadas en un sustrato como velas en un pastel.
Las «velas» metálicas canalizarían las fluctuaciones entre ellas, empujando cualquier cosa colocada allí. Por lo tanto, si se bajó una barra de metal perforada sobre las velas, con una vela asomando a través de cada orificio, la barra debe flotar, repelida en todas direcciones por las velas entre y alrededor de cada orificio.
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