El paso del tiempo es innegociable. Su flujo marca el progreso de nuestras vidas, avanzando claramente en una dirección. Es, por naturaleza, asimétrico. De este modo, lo percibimos como una flecha, silbando hacia adelante sin posibilidad alguna de revertirse. Pero el hecho de que el tiempo sea inevitable no significa que lo entendamos completamente.

Los físicos, por ejemplo, todavía se preguntan por qué, o quizás si, la flecha del tiempo funciona en una sola dirección. En la física clásica, las ecuaciones funcionan sin tener en cuenta la direccionalidad del tiempo, o su preferencia por avanzar hacia el futuro o hacia el pasado. Una forma de comprender este desprecio matemático por la direccionalidad es ver un vídeo de un péndulo oscilando. Tanto si el vídeo se reproduce hacia adelante como hacia atrás, el movimiento del péndulo sigue siendo el mismo y la direccionalidad del tiempo es indistinguible. Sin embargo, el tiempo tal y como lo experimentamos se mueve claramente en una dirección. Por lo tanto, los investigadores siguen buscando la razón por la que el tiempo se comporta de forma asimétrica.

Durante más de dos años, un equipo de físicos de Inglaterra ha investigado esta cuestión desde el punto de vista teórico, tratando de derivar matemáticamente la flecha del tiempo en sistemas cuánticos abiertos. En un artículo publicado en enero en la revista Scientific Reports, presentan resultados que indican que en estos sistemas existen dos flechas del tiempo que se mueven en direcciones opuestas. Este descubrimiento podría llevar a los científicos a reconsiderar cómo la flecha del tiempo influye en la termodinámica, la mecánica cuántica e incluso en la creación del universo.

Para comprender cómo funciona el tiempo a nivel subatómico, el equipo se centró en un sistema cuántico abierto, que se ve afectado por su entorno, en contraposición a un sistema cuántico cerrado, que está aislado de su entorno y de las influencias externas. En aislamiento, el sistema cerrado permanece igual, ya que nada puede tocarlo ni cambiarlo, protegido de los estragos del tiempo. Pero, al interactuar con su entorno, un sistema abierto cambia con el tiempo.

En el nivel subatómico, donde opera la mecánica cuántica, no siempre podemos ver cambios evidentes que indiquen el paso del tiempo.

En el marco del equipo, los sistemas cuánticos abiertos son preferibles, ya que permiten el cambio a lo largo del tiempo, como la disipación de energía en el entorno circundante, también conocida como entropía. Esto es importante para el modelo de los investigadores porque sirve como indicador del paso del tiempo: cuando se observa que la energía se disipa de un sistema a su entorno, se puede concluir la dirección en la que fluye el tiempo. Esta disipación también es irreversible: si se derrama un vaso lleno de leche, la leche no puede volver al vaso.

Andrea Rocco, doctor y profesor asociado de Física y Biología Matemática en la Universidad de Surrey, dijo en un comunicado:

“Desde un punto de vista microscópico, si pensamos en la flecha del tiempo, básicamente nos basamos en indicadores”,

En el nivel subatómico, donde opera la mecánica cuántica, no siempre podemos ver cambios evidentes que indiquen el paso del tiempo. En su lugar, debemos fijarnos en otros indicadores, como la entropía.

La termodinámica es el estudio de los efectos del trabajo, el calor y la energía en un sistema; solo se ocupa de las respuestas a gran escala de un sistema, que podemos observar y examinar mediante experimentos, según la NASA. Crédito de imagen: GROK / Twitter

El equipo esperaba ver solo una flecha del tiempo en su ecuación, dice Rocco. Normalmente, estas ecuaciones que describen la disipación se ven diferentes dependiendo de si su trayectoria se mueve hacia atrás o hacia adelante. Mientras que el movimiento del péndulo se ve igual hacia adelante o hacia atrás, el movimiento de un vaso de leche que se cae no lo hace; la disipación que implica la leche derramada rompe la simetría. Esta premisa respalda la asimetría de la flecha del tiempo. Pero con el sistema cuántico abierto, Rocco afirma que obtuvieron «ecuaciones ligeramente modificadas», que revelaron dos flechas del tiempo que surgían espontáneamente.

Fundamentalmente, Rocco y su equipo descubrieron que la entropía, descrita en la segunda ley de la termodinámica, se conserva en su modelo. Esta ley establece que la entropía, o tendencia hacia un estado desordenado, aumenta con el tiempo dentro de un sistema. En ambas direcciones de estas dos flechas del tiempo, los sistemas siguen avanzando hacia el desorden a medida que la energía se disipa en el entorno que los rodea. La flecha no puede invertir su dirección una vez que se ha puesto en marcha, devolviendo la leche al vaso proverbial. Más bien, la entropía progresa tanto si la flecha del tiempo se dispara hacia el pasado como hacia el futuro.

Rocco explica:

“Seguirías viendo la leche derramada sobre la mesa, pero tu reloj iría al revés”.

De este modo, la entropía sigue aumentando, pero lo hace hacia el pasado en lugar de hacia el futuro. La leche no vuelve al vaso, lo que prohíbe la segunda ley de la termodinámica, sino que sale del vaso en dirección al pasado. Independientemente de si la flecha del tiempo se dispara hacia el futuro o hacia el pasado desde un momento dado, la entropía seguirá disipándose en esa dirección, produciendo lo que Rocco denomina «entropía gemela».

Esta entropía gemela demuestra la naturaleza simétrica del tiempo en los sistemas cuánticos abiertos. Desde un momento dado, la flecha del tiempo podría haber disparado en la dirección opuesta.

Rocco afirma:

“La física nos dice que la dirección opuesta podría haber sido igualmente posible”.

Pero no nos equivoquemos: este artículo teórico no juega con conceptos como el viaje en el tiempo.

Rocco afirma;

“No tiene absolutamente nada que ver con los viajes en el tiempo ni con la construcción de una máquina del tiempo”.

Más bien, este modelo teórico muestra en un sentido matemático que “dos trayectorias son igualmente posibles: una que avanza y otra que retrocede desde ese momento”.

Sin embargo, una vez que la flecha elige una dirección determinada, la dinámica que conocemos, como la entropía, se reanuda y la flecha se queda atascada moviéndose en esa dirección.

Esto significa que los resultados del equipo podrían poner en tela de juicio nuestra forma de concebir la flecha del tiempo en termodinámica, cosmología y mecánica cuántica. Por ejemplo, Rocco menciona que algunas personas especulan sobre si en el momento del Big Bang surgieron dos universos que viajan en direcciones opuestas en el tiempo. Los resultados de su equipo no confirman esta especulación, pero el marco teórico que han desarrollado podría ayudarnos a reevaluar nuestras suposiciones sobre la función del tiempo en el universo.

Aunque “no tiene ni idea” de cuáles podrían ser las posibles aplicaciones tecnológicas, Rocco afirma que le interesa comprender el mecanismo que revela cómo la flecha se acelera en una dirección u otra. Lo compara con una red de carreteras en una ciudad. «Ves las carreteras, pero aún no sabes cómo será el tráfico», afirma.

Aun así, Rocco entiende que el hallazgo de su equipo “toca cuestiones conceptuales muy profundas sobre nuestra comprensión de la realidad”. Al igual que este artículo revela dos flechas del tiempo que surgen de un solo momento, también presenta claridad y complejidad. Sus resultados muestran una nueva forma de concebir el tiempo, al tiempo que lo complican.

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

[FT: PM]

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Por: CodigoOculto.com