Nuestra experiencia cotidiana nos dice que el tiempo solo fluye hacia delante. Pero según un nuevo estudio, en el mundo de la mecánica cuántica no existe una dirección preferente.
Imagina que viertes café en leche. Obtendrás una mezcla homogénea de los dos líquidos, y cada cucharada de la mezcla será indistinguible de la otra. Nada nuevo. Pero ¿por qué se produce este fenómeno? ¿Por qué la leche y el café se mezclan de este modo en lugar de permanecer perfectamente separados? La respuesta a estas preguntas está en una ley fundamental de la física, el segundo principio de la termodinámica formulado por el gran científico Ludwig Botlzmann hace más de un siglo.
Una de las ideas más importantes de Boltzmann fue demostrar que cualquier sistema físico aislado evoluciona hacia la condición de máximo desorden o, siendo más específicos, de “máxima entropía”. La entropía de un sistema es la magnitud física que mide el desorden, contando el número de “modos” en que puede realizarse ese sistema concreto. Existen infinitas formas en las que las moléculas de leche y café pueden mezclarse para formar un latte, y solo una forma en la que pueden permanecer bien ordenadas y separadas unas de otras. Y según Boltzmann, la naturaleza siempre elegirá ir en la primera dirección.
Te estarás preguntando, ¿qué tiene que ver el café con leche con el tiempo cuántico? Digamos que las cuestiones están estrechamente relacionadas. El segundo principio de la termodinámica establece un principio de irreversibilidad, es decir, solo admite una dirección para el paso del tiempo, aquella en la que el pasado siempre va por antes del futuro. No obstante, todo esto choca con otro hecho: algunas de las ecuaciones fundamentales de la física, como las ecuaciones del movimiento de Newton, que rigen la dinámica de los objetos macroscópicos, y la ecuación de Schrödinger, que rige el comportamiento de los objetos microscópicos, son “simétricas” con respecto a la inversión temporal.
Esto implica que, al menos en principio, estas ecuaciones no implican que el tiempo deba fluir necesariamente hacia delante; de hecho, el tiempo no tiene una dirección privilegiada. De ahí el problema: ¿por qué partimos de ecuaciones en las que hay simetría temporal y llegamos a un mundo en el que se rompe la simetría temporal y se identifica una dirección privilegiada? Físicos del Departamento de Matemáticas y Física de la Universidad de Surrey, en Reino Unido, intentan responder a esta incógnita.
En busca del tiempo cuántico
En su artículo publicado en la revista Scientific Reports, el equipo encabezado por el italiano Andrea Rocco intentó resolver este desajuste entre la dinámica microscópica; el hecho de que las ecuaciones sean invariantes con respecto a la inversión del tiempo, y la dinámica macroscópica, la dirección privilegiada del tiempo consagrada en el segundo principio de la termodinámica.
Primeramente, examinaron el comportamiento de un objeto cuántico microscópico colocado en un baño térmico denominado infinito. Un baño térmico es un sistema tan grande en relación con el objeto cuántico que “no siente” los efectos del propio objeto. Por ejemplo, un electrón que se desplaza por el Universo. Las ecuaciones de un sistema así muestran que el objeto cuántico disipa energía e información en el entorno, pero no al revés.
“Hemos reexaminado de forma más rigurosa las ecuaciones que salen de este enfoque aproximado. Demostrado que estas ecuaciones permanecen invariantes con respecto a la inversión del tiempo. Es decir, la simetría se mantiene: se obtienen dos flechas de tiempo opuestas, cada una es perfectamente compatible con las ecuaciones de movimiento. El sistema se mueve hacia el equilibrio tanto si se mueve hacia delante como hacia atrás en el tiempo, disipando energía en ambos casos. Por tanto, esta aproximación no implica una violación de la simetría tiempo-reversión”, explica Rocco.
Es como si el sistema “eligiera” una de las dos líneas temporales, evolucionando de forma coherente con el segundo principio de la termodinámica. Los autores del trabajo están convencidos de que puedan coexistir dos flechas temporales opuestas e igualmente “posibles”. La siguiente investigación podría basarse en otra pregunta obvia: ¿cómo es que el sistema “elige” avanzar en el tiempo y no retroceder? “Podríamos formular muchas hipótesis, pero aún no lo sabemos”, responde Rocco.
Dos universos (tal vez)
Las implicaciones de esta observación son muy fascinantes. González Ordóñez, físico de la Universidad de Butler, Indiana, quien no participó en el estudio, declaró a New Scientist que “la invariabilidad temporal es uno de los mayores problemas de la física”. Los autores de este trabajo sugieren que falta un factor en las ecuaciones de los procesos irreversibles: cuando este factor se incorpora a las ecuaciones, el sistema ya no es capaz de distinguir entre pasado y futuro.
Esto podría tener implicaciones cósmicas; por ejemplo, podría corroborar la idea de que tras el Big Bang evolucionaron dos Universos, uno en sentido temporal opuesto al otro. Por su parte, Rocco pide cautela a la hora de interpretar los resultados recién publicados: “Puede que estemos en camino de descubrir algo realmente fundamental, pero aún estamos muy lejos de comprenderlo plenamente”.
Fuente: wired.com
