Una nueva investigación sugiere que el tiempo puede no fluir en una sola dirección en los sistemas cuánticos, lo que desafía las suposiciones que se han mantenido durante mucho tiempo sobre la naturaleza del tiempo y la termodinámica.

En un extraordinario avance, los físicos de la University of Surrey han descubierto pruebas que sugieren que, a nivel cuántico, el tiempo no tiene una sola dirección hacia adelante, sino que puede emerger en dos direcciones opuestas.

Este descubrimiento, detallado en un nuevo estudio publicado en Scientific Reports, desafía algunas de las suposiciones más fundamentales sobre la naturaleza del tiempo en la física y podría tener profundas implicaciones para nuestra comprensión del universo.

¿Dos flechas del tiempo?

El Dr. Andrea Rocco, coautora del estudio y profesora de Física y Biología Matemática en la University of Surrey, dijo en un comunicado:

“Una forma de explicar esto es cuando se observa un proceso como la leche derramada que se extiende por una mesa, está claro que el tiempo avanza. Pero si se reprodujera al revés, como una película, inmediatamente sabría que algo va mal: sería difícil creer que la leche pudiera volver a acumularse en un vaso. Sin embargo, hay procesos, como el movimiento de un péndulo, que parecen igual de creíbles a la inversa. El enigma es que, en el nivel más fundamental, las leyes de la física se parecen al péndulo; no tienen en cuenta los procesos irreversibles”.

Rocco agregó:

“Nuestros hallazgos sugieren que, aunque nuestra experiencia común nos dice que el tiempo solo avanza en una dirección, simplemente no somos conscientes de que la dirección opuesta habría sido igualmente posible”.

La noción de que el tiempo fluye inexorablemente hacia adelante es una parte intrincada de la experiencia humana. Recordamos el pasado, no el futuro. Podemos ser testigos de la destrucción, pero nunca de la restauración espontánea.

Esta dirección unidireccional percibida o “asimetría” del tiempo es lo que los físicos llaman la “flecha del tiempo“. Sin embargo, las leyes fundamentales de la física, incluidas la mecánica clásica y cuántica, no distinguen entre pasado y futuro. Según estas leyes, el tiempo puede fluir tan naturalmente hacia atrás como hacia adelante, pero nuestra realidad insiste en una dirección distinta.

Esquema que muestra el concepto detrás de la transformación de inversión temporal. El sistema y el entorno retroceden en el tiempo. Crédito de imagen: Scientific Reports (2025)

Todo se reduce a la entropía

Tradicionalmente, la flecha del tiempo se ha asociado con la entropía, la medida del desorden en un sistema.

Según la segunda ley de la termodinámica, la entropía en un sistema aislado siempre aumenta, lo que hace que este proceso sea uno de los pocos que es verdaderamente irreversible. Este principio se ha utilizado durante mucho tiempo para explicar por qué el tiempo fluye en una sola dirección.

Sin embargo, la pregunta sigue siendo: ¿surge este principio de leyes fundamentalmente simétricas en el tiempo?

El estudio, realizado por el Dr. Thomas Guff, el Dr. Chintalpati Umashankar Shastry y el Dr. Andrea Rocco, se centró en los sistemas cuánticos abiertos, es decir, entidades cuánticas que interactúan con su entorno.

Estas interacciones se describen normalmente mediante ecuaciones que incluyen suposiciones sobre cómo fluye el tiempo. Los enfoques anteriores sugerían que la simetría de inversión temporal se rompe en los sistemas cuánticos, dando lugar a una única flecha del tiempo.

Sin embargo, los investigadores descubrieron que cuando la aproximación de Markov, una simplificación comúnmente utilizada en la mecánica cuántica, se aplica correcta y simétricamente, la dinámica cuántica resultante no rompe la simetría de inversión temporal. En cambio, sus hallazgos sugieren que los sistemas cuánticos pueden evolucionar hacia el equilibrio tanto hacia adelante como hacia atrás en el tiempo.

En pocas palabras, en lugar de que surja una flecha del tiempo dominante, hay dos flechas opuestas, cada una apuntando en dirección opuesta a un punto central. Esto significa que si observamos un sistema cuántico desde lo que percibimos como “el presente”, podríamos ver dos caminos divergentes: uno en el que la entropía aumenta hacia el futuro y otro en el que la entropía aumenta hacia el pasado.

El Dr. Guff dijo:

“Lo sorprendente de este proyecto fue que, incluso después de hacer la suposición simplificadora estándar a nuestras ecuaciones que describen los sistemas cuánticos abiertos, las ecuaciones seguían comportándose de la misma manera, tanto si el sistema se movía hacia adelante como hacia atrás en el tiempo.

Cuando trabajamos cuidadosamente con las matemáticas, descubrimos que este comportamiento tenía que ser así porque una parte clave de la ecuación, el ‘núcleo de memoria’, es simétrica en el tiempo”.

Implicaciones más amplias

El descubrimiento podría tener implicaciones de gran alcance. Si existen dos flechas de tiempo opuestas en los sistemas cuánticos, los físicos deben reconsiderar cómo se define el tiempo en la termodinámica.

Representación artística del reino cuántico. Crédito de imagen: GROK / Twitter

Por ejemplo, la segunda ley de la termodinámica, que rige el aumento de la entropía, puede no ser una regla absoluta, sino una consecuencia de una elección inicial de la dirección del tiempo.

En cosmología, los hallazgos ofrecen una nueva perspectiva sobre la naturaleza del tiempo en el momento del Big Bang. Algunos físicos han especulado anteriormente que la flecha del tiempo podría haberse originado a partir de un estado inicial altamente ordenado del universo.

El nuevo estudio insinúa la posibilidad de que el Big Bang haya dado lugar a dos flechas de tiempo opuestas, lo que significa que podría existir otro universo, reflejando el nuestro pero en la dirección temporal opuesta.

Estos recientes hallazgos nos acercan a la respuesta de uno de los mayores misterios de la física: por qué el tiempo se mueve como lo hace. Sugieren que la aparente direccionalidad del tiempo puede no ser una propiedad inherente del universo, sino más bien una característica que surge en condiciones específicas.

Además, esta investigación podría tener implicaciones experimentales. Si los sistemas cuánticos muestran, de hecho, una evolución temporal bidireccional, los físicos podrían ser capaces de diseñar experimentos que detecten las señales de las flechas de tiempo opuestas.

Estos experimentos podrían revolucionar nuestra comprensión del papel del tiempo en la mecánica cuántica y conducir a nuevas tecnologías cuánticas que aprovechen esta simetría temporal.

Aunque el estudio podría ser un paso fundamental para desentrañar la verdadera naturaleza del tiempo, aún quedan muchas preguntas por responder.

¿Cómo interactúan estas dos flechas en sistemas cuánticos más complejos? ¿Podrían estos hallazgos salvar la brecha entre la mecánica cuántica y la relatividad? ¿Y es posible que, en el nivel más fundamental, el tiempo mismo sea solo una propiedad emergente en lugar de una dimensión esencial de la realidad?

En última instancia, estos hallazgos recientes sugieren que la naturaleza del tiempo podría ser mucho más intrincada de lo que jamás imaginamos, y es posible que solo estemos rascando la superficie de su verdadera complejidad.

Los investigadores concluyeron:

“Suponemos que estos resultados pueden reflejarse en la flecha cosmológica del tiempo. Si es así, esto implicaría que dos flechas opuestas del tiempo habrían surgido del Big Bang, lo que a su vez explicaría el mantenimiento de la simetría de inversión temporal a pesar de la consiguiente naturaleza disipativa del universo.

Nosotros viviríamos en uno de ellos, donde la disipación y el aumento de la entropía son una experiencia común, pero sin ser conscientes de la existencia de la otra posibilidad alternativa”.

Los hallazgos de la investigación titulada “Emergence of opposing arrows of time in open quantum system” han sido publicados en la revista Scientific Reports.

[FT: surrey]

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