Ecuaciones convierten eventos aleatorios en relojes precisos
Un conjunto de ecuaciones matemáticas recién descubiertas describe cómo convertir cualquier secuencia de eventos aleatorios en un reloj, según revelan científicos del King's College de Londres.
El artículo se publica en la revista Physical Review X.
Los investigadores sugieren que estas fórmulas podrían ayudar a comprender cómo miden el tiempo las células de nuestro cuerpo y a detectar los efectos de la mecánica cuántica en el mundo en general.
El estudio de estos procesos de cronometraje podría tener implicaciones de gran alcance, ayudándonos a comprender las proteínas con movimientos rítmicos que fallan en las enfermedades de las neuronas motoras o los receptores químicos que las células utilizan para detectar toxinas dañinas.
Einstein afirmó que "el tiempo es lo que mide un reloj", y si bien un reloj de pulsera marca la hora porque marca el tiempo a intervalos regulares, los eventos que no siguen un patrón predeterminado también pueden utilizarse para medir el tiempo.
Por ejemplo, algunos procesos consisten en 'saltos' inherentemente aleatorios en momentos irregulares. Si cada salto depende únicamente del anterior, el proceso se denomina markoviano. Se pueden observar ejemplos en toda la naturaleza, desde la fluctuación de los precios de las acciones hasta el latido de un corazón.
Al analizar estos saltos, los científicos pueden estimar el tiempo transcurrido y establecer el límite matemático más estricto hasta la fecha para la precisión de ese 'reloj'.
Si el reloj se comporta de forma diferente a la que sugieren las ecuaciones, entonces no se trata de un proceso markoviano clásico y podría haber efectos cuánticos subyacentes en el sistema. Del mismo modo, los relojes que utilizan la física cuántica no están restringidos por el límite, lo que explica por qué las tecnologías cuánticas, como los relojes atómicos, pueden funcionar mejor que cualquier reloj clásico, como los de uso común.
El Dr. Mark Mitchison, profesor titular de Proleptic en el Departamento de Física de King's y autor principal, explica en un comunicado: "Nuestro objetivo era descubrir los ingredientes mínimos necesarios para construir un reloj. Por ejemplo, ¿se podría medir el tiempo con precisión incluso estando varado en una isla desierta? Encontramos ecuaciones que indican cómo crear un 'reloj' contando eventos aleatorios a nuestro alrededor, como las olas rompiendo en la orilla o los latidos del corazón.
Este resulta ser el mejor reloj posible que se puede construir contando eventos markovianos en un sistema regido por la física clásica". Así, si se encuentra un sistema que no sigue el patrón esperado, se puede estar seguro de que algo más está sucediendo, como el comportamiento cuántico subyacente.
El equipo también espera que estos procedimientos matemáticos puedan utilizarse para estudiar cómo los sistemas biológicos funcionan eficientemente en presencia de fluctuaciones aleatorias. Por ejemplo, la proteína motora kinesina transporta otras proteínas dentro de la célula, desplazándose a través de pequeños microtúbulos que atraviesan la célula utilizando dos pies para dar pasos dirigidos a lo largo del tubo.
Estas máquinas moleculares convierten la energía térmica aleatoria en un movimiento repetido y regular, como el tictac de un reloj. También son cruciales para la función biológica: el mal funcionamiento de la kinesina se ha relacionado con la enfermedad de la neurona motora.
MÁQUINAS MOLECULARES FUNCIONANDO COMO RELOJES
El Dr. Mitchison afirmó: "Pensar en las máquinas moleculares como si fueran 'relojes' nos permite comprender cómo algunos procesos naturales generan orden espontáneamente a partir del caos. Vemos que esto ocurre a muchas escalas diferentes en nuestro universo, desde los organismos biológicos y los ecosistemas hasta el mundo microscópico.
Al establecer un límite fundamental sobre el buen funcionamiento de los relojes en el ámbito de la física clásica, también comprendemos mejor qué hace diferentes a los relojes cuánticos.
El tiempo es la base de muchos misterios sin resolver de la física cuántica. ¿Por qué parece fluir en una sola dirección? ¿Por qué solo recordamos el pasado y no el futuro? ¿Está el tiempo cuantizado en fragmentos discretos, al igual que la energía? Al reflexionar sobre las capacidades de los relojes, esperamos responder algunas de estas preguntas sobre la naturaleza misma del tiempo.
