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¿Por qué el tiempo solo avanza? Esto explican los expertos según las leyes de la física

La direccionalidad es la característica más notoria del tiempo.

Un reloj antiguo colgando

Los físicos coinciden en que las teorías fundamentales de la física desde Isaac Newton funcionan tan bien hacia adelante como hacia atrás, es decir, sin distinguir entre el pasado y el futuro.

No obstante, la cuestión es que el tiempo va siempre hacia adelante. De hecho, de acuerdo al físico teórico y filósofo Sean Carroll a la BBC, la direccionalidad es la característica más obvia del mismo.

Tengo fotografías del pasado, no tengo fotografías del futuro”, comentó al medio el experto que estudia la naturaleza del tiempo en su más reciente libro Las ideas más grandes del universo.

El físico Carlo Rovelli, por su parte, explicó al mismo medio las diferentes teorías de la física, como la teoría del electromagnetismo de Maxwell, que no hacen “distinción entre el pasado y el futuro”.

Asimismo, apuntó que esto fue una “sorpresa”. Y es que “la distinción es muy evidente para todos nosotros. Si haces una película, es obvio cuál es el futuro y cuál el pasado”.

Sin embargo, muchos no entienden cómo estas delineaciones del Universo pueden poseer sentido del tiempo si están faltos de flecha de dirección.

Al respecto, la astrofísica de la Universidad de Lisboa Marina Cortês dijo al periódico que “hay muchas implicaciones que comienzan con tomarse en serio la pregunta ‘¿por qué pasa el tiempo?”.

Según el portal, una parte de la respuesta a esta pregunta se puede encontrar en el Big Bang, ocurrido hace alrededor de 13.400 millones de años. La otra en la futura muerte del Universo.

Empero, para poder comprender el tiempo y por qué siempre va hacia adelante hay que remontarse a 1865, cuando surgió la primera ley de la física realmente direccional en el tiempo.

¿Por qué el tiempo solo va hacia adelante?

Durante el siglo XIX, los científicos e ingenieros que buscaban crear mejores motores acogieron una serie de principios que definían la relación entre el calor, la energía y el movimiento.

Las llamaron leyes de la termodinámica. En 1865, el físico alemán Rudolf Clausius encontró que “el calor no podía pasar de un cuerpo frío a uno caliente, si nada cambia” en su entorno.

Según la BBC, con el fin de medir esta conducta del calor, llegó a un concepto difícil de entender para las personas que no se desenvuelven en el mundo de la física: “entropía”.

La entropía solo crece, nunca se reduce y como explica Rovelli, en su libro El orden del tiempo, es la única ley fundamental de la física que es capaz de diferenciar entre el pasado y el futuro.

El físico expuso esto con un ejemplo en el que tomaba su pluma y la pasaba de una mano a la otra. “La razón por la que esto se detiene en mi mano es porque tiene algo de energía”, explicó al medio.

“Y luego la energía se convierte en calor y calienta mi mano. Y la fricción detiene el rebote. De lo contrario, si no hubiera calor, esto rebotaría para siempre y no distinguiría el pasado del futuro”.

El concepto, explicado de esta manera, es fácil de comprender para todos hasta que nos adentramos al terreno del calor, pero a nivel molecular.

La distinción entre elementos calientes y elementos fríos es lo agitadas que se encuentran sus moléculas. En el primer caso, están excitadas, revoloteando y chocando entre ellas con velocidad.

Mientras, en el segundo caso, están menos agitadas. El problema es que, si nos aproximamos, por ejemplo, a una molécula de agua chocando con otra, la flecha del tiempo se desvanece.

A nivel microscópico, las colisiones de moléculas son simétricas en el tiempo. De hecho, si se graba un video de esto y se retrocede, no se podrá percibir cuándo va hacia adelante y cuándo hacia atrás.

Lo cual quiere decir que la flecha del tiempo desde el pasado hacia el futuro solo brota cuando se vuelve al plano macroscópico, una concepción ideada por el físico austriaco Ludwig Boltzmann.

“Entonces, la dirección del tiempo proviene del hecho de que miramos cosas grandes, no miramos los detalles”, apuntó Rovelli a BBC.

“Es en este paso, desde la visión microscópica fundamental del mundo hasta la descripción aproximada del mundo macroscópico, aquí es donde entra la dirección del tiempo”, señaló.

No es que el mundo esté fundamentalmente orientado en el espacio y el tiempo”, expuso. “Es que cuando miramos a nuestro alrededor, vemos una dirección en la que las cosas medianas y cotidianas tienen más entropía: la manzana madura caída del árbol, la baraja de cartas barajada”.

Curiosamente, la entropía - la única ley de la física con direccionalidad del tiempo anexa- pierde dicha cualidad cuando vemos las cosas desde una escala muy pequeña.

“La entropía es simplemente cuánto nos olvidamos de la microfísica, cuánto nos olvidamos de las moléculas”, agrega.

Empero, ahora surge otra pregunta y es, si es cierto que existe una flecha del tiempo, ¿de dónde provino? Para Carroll, “la respuesta está incrustada en el comienzo del Universo”.

“La respuesta es porque el Big Bang tenía baja entropía. Y, aun así, 14.000 millones de años después estamos nadando en las secuelas de ese tsunami (...)”, dijo.

“Es por eso que el tiempo tiene una dirección para nosotros”, destaca. Cabe resañtar que la baja entropía del Universo durante el Big Bang es una solución, pero también una interrogación.

“Lo que menos entendemos sobre la naturaleza del tiempo es por qué el Big Bang tenía baja entropía, por qué el Universo primitivo era así”, destacó.

“Y creo honestamente, como cosmólogo en activo, creo que mis compañeros cosmólogos han bajado los brazos en este caso. Realmente no toman ese problema lo suficientemente en serio”, aseveró.

En el año 2004, Carroll y su colega Jennifer Chen publicaron un artículo en donde intentaban explicar por qué el Universo tenía una entropía tan baja cerca de ocurrir el Big Bang.

“Hay muchas lagunas en la teoría, muchos aspectos que no están completamente madurados, pero también creo que es, con mucho, la mejor teoría que tenemos”, afirmó. “No hace trampa”.

Muchos otros cosmólogos coinciden en que es tiempo de enfocarse seriamente en la baja entropía del Universo en sus orígenes en lugar de aceptar que era así sin más.

Por un lado, Cortês aseveró que “la probabilidad de que nuestro Universo actual tenga condiciones iniciales de este tipo, y no de otro tipo, es de alrededor de uno en 10 a 10 a 124 (1:10^10^124)”.

“(...) podría decir con seguridad que este es el número más grande en la física moderna, fuera de la filosofía o las matemáticas”, sostuvo.

La experta compara el hecho de asumir que en el comienzo del Universo había una entropía muy baja con el empujar un problema bajo la alfombra.

“Si los físicos siguen haciendo esto, después de un tiempo lo que habrá será un gran montón debajo de la alfombra. Nos corresponde a nosotros, los cosmólogos, explicar por qué el tiempo solo avanza”, enfatizó.

Si bien no se saben las razones, la baja entropía del Universo en el pasado es un origen aceptable de la flecha del tiempo. Pero, así como empezó, también llegará a su final.

Boltzmann fue el primero el descubrir esto. “Boltzmann pensó, ‘ah, la entropía está creciendo en el Universo y tal vez llegue al máximo en algún momento”, aseguró Rovelli.

De acuerdo al periódico, cuando esto ocurra, entonces el calor ya no fluiría de una parte a otra, sino que se distribuiría de manera uniforme por todo el Universo.

Por esto, ya no existiría energía utilizable para hacer trabajo. La astrofísica Katie Mack lo puntualiza de la siguiente manera: “A medida que continúa ese proceso, todo se descompone tanto que todo lo que queda es el calor residual de todo lo que existió alguna vez en el Universo”.

A este proceso se le conoce como la muerte térmica del Universo. “Las estrellas dejarán de arder, ya no pasará nada. No habrá nada más que pequeñas fluctuaciones térmicas”, añadió Rovelli.

“Supongamos que esto sucede. No sabemos con certeza si va a suceder, pero supongamos que sucede, ¿deberíamos decir que no hay dirección de tiempo allí?”, cuestionó.

“Por supuesto que no hay dirección de tiempo, porque cada fenómeno que sucedió de una manera podría también ir en un sentido o en el otro. Nada distinguirá las dos direcciones del tiempo”, dijo.

Es complicado pensar en lo que podría ocurrir si la flecha del tiempo desaparece, pero la misma que nace de la entropía es la que nos acerca más a entender la razón por la que el tiempo solo avanza.

Según BBC, se cree que puede haber más flechas del tiempo de las que conocemos, pero para comprender esto hay que poner a un lado la física y centrarse en las investigaciones de la filosofía.

El tiempo desde el pensamiento filosófico

Así como las leyes de la física, las maneras en las que comprendemos y experimentamos el tiempo no hay que darlas por sentado, afirmó la profesora de filosofía Jenann Ismael al medio.

De acuerdo a la catedrática en la Universidad de Columbia, Nueva York, al meditar en nuestras experiencias del tiempo, encontraremos varias “flechas psicológicas”. Una de ellas la llama “fluir”.

“Si miras al mundo, no experimentas una representación puramente estática del estado instantáneo del mundo”, apuntó. “Vemos directamente que el mundo está cambiando”.

Dicha experiencia con el flujo del tiempo se incluye en la percepción. “La visión no se parece en nada a una cámara de cine. En realidad, lo que sucede es que su cerebro está recopilando información durante un período temporal”.

“Está integrando esa información para que, en un momento dado, lo que está viendo sea un cálculo que el cerebro ha hecho. De modo que no solo vea que las cosas se mueven”, dijo.

“Ves lo rápido que se mueven, la dirección en la que se mueven. Entonces, todo el tiempo, tu cerebro está integrando información en intervalos temporales y te da el resultado. Así que ves el tiempo, de alguna manera”, destacó.

Otra característica del tiempo es la que Ismael denomina “pasaje”, la cual está vinculada a experiencias encauzadas en el tiempo, tales como la memoria y la anticipación.

En ambas hay direccionalidad. Y es que, la manera en la que predecimos o nos preparamos para un suceso en el futuro es primordialmente distinto a cómo lo recordamos después de que sucedió.

“Todo eso es parte de lo que considero la experiencia del pasaje, esta idea de que experimentamos cada evento como anticipado del pasado, experimentado en el presente, recordado en retrospectiva”, afirmó Ismael.

Tales componentes de la direccionalidad del tiempo psicológico, entre muchos otros más, podrían encontrar sus orígenes en la flecha del tiempo surgida en la Revolución Industrial.

“Creo que todo vuelve a la entropía”, resaltó. “Ahora no veo ninguna razón para pensar que los tipos de flechas que están involucradas en la psicología humana están enraizadas en última instancia en la flecha entrópica”.

“Pero es una pregunta empírica. No tengo ninguna razón para pensar que este proyecto para comprender la experiencia humana en relación con la flecha entrópica va a fallar”, añadió.

Tal es un proyecto que Carroll anhela desarrollar teniendo en cuenta varios aspectos de la experiencia humana del tiempo y vinculándolas con la mencionada entropía.

La primera meta será la causalidad, un elemento de la flecha del tiempo, puesto que las causas se dan primero. Se trata de una investigación muy significativa para el equipo a bordo, físicos y filósofos.

Sin embargo, todavía no se responder la pregunta sobre por qué el Universo tenía una entropía tan baja en sus inicios.

“Creo que entendemos por qué tenemos esta sensación de fluir”, comentó Rovelli a la BBC. “Entendemos por qué el pasado nos parece fijo y el futuro parece abierto”.

“Entendemos por qué hay fenómenos irreversibles, y podemos reducir todo eso a la segunda ley de la termodinámica, al aumento de la entropía”, dijo.

“Está muy relacionado con el hecho de que, si lo rastreamos atrás, atrás, atrás, el Universo comenzó muy pequeño, en una situación muy peculiar. Entonces, de alguna manera, se está revirtiendo esa situación peculiar”, declaró.

“Pero, por supuesto, hay una pregunta abierta, quiero decir, ¿por qué? ¿Por qué comenzó de esa manera en particular?”, concluyó.

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