Dr. José Manuel Nieto Jalil / Director del Departamento Regional de Ciencias en la Región Centro-Sur Tecnológico de Monterrey Campus Puebla
El tiempo fluye en una única dirección, desde el pasado hacia el futuro, sin posibilidad de retorno. En nuestra experiencia cotidiana, somos testigos de este flujo constante, ya que el tiempo avanza invariablemente desde el presente hacia el futuro.
La naturaleza de la materia es tal que envejece y se deteriora con el paso del tiempo. Tanto los objetos inanimados como los seres vivos están sujetos a este inexorable proceso de envejecimiento, y hasta el momento no se ha registrado ninguna observación en la cual algo o alguien logre revertir ese curso natural.
El tiempo es una magnitud fundamental en la física que nos permite medir la duración y la separación entre eventos, además de ser crucial para establecer una secuencia temporal con un pasado, un presente y un futuro.
Sin embargo, con el advenimiento de la mecánica cuántica, ha surgido la idea de que los procesos físicos a nivel microscópico podrían ser en su mayoría temporalmente simétricos.
Esta noción plantea la posibilidad de que las afirmaciones teóricas que describen estos procesos sean verdaderas tanto si el tiempo fluye hacia adelante como si fluye hacia atrás, es decir, si la dirección del tiempo fuera reversible.
En la mecánica cuántica, existen ecuaciones fundamentales que son simétricas con respecto a la inversión temporal. Esto implica que, si un proceso físico es válido en una dirección temporal, también debería ser válido si el tiempo se invierte.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que esta simetría temporal a nivel microscópico no contradice nuestra experiencia cotidiana, donde el tiempo fluye en una dirección única y aparentemente irreversible.
En el ámbito de la mecánica clásica o en el plano macroscópico, ocurre todo lo contrario. El tiempo se concibe como una magnitud absoluta, es decir, es un escalar cuya medida es idéntica para todos los observadores.
En este contexto, existe una dirección clara en la flecha del tiempo, que avanza del pasado al futuro. Esta dirección unidireccional se puede observar en ejemplos cotidianos, como cuando un vaso de cristal cae de una mesa y se rompe en el suelo, sin la posibilidad de recomponerse y volver a su estado original sobre la mesa.
La expresión “flecha del tiempo” fue introducida en 1927 por el astrónomo británico Arthur Eddington, reconocido por sus experimentos que comprobaron la Teoría de la Relatividad General.
Eddington utilizó este término para señalar una dirección en el tiempo dentro de un universo relativista de cuatro dimensiones. Según Eddington, esta dirección temporal puede ser determinada mediante el estudio de los diversos sistemas de átomos, moléculas y cuerpos.
Arthur Eddington hizo importantes contribuciones al campo de la física teórica y la cosmología. Su trabajo pionero sobre la relatividad general y la gravitación le otorgó reconocimiento internacional.
En su búsqueda por comprender la naturaleza del tiempo, acuñó el concepto de la flecha del tiempo para resaltar la existencia de una dirección preferida en el flujo temporal.
Eddington sostenía que esta flecha del tiempo podía ser deducida al analizar la evolución de los sistemas físicos y químicos a escalas micro y macroscópicas. Los comportamientos observados en átomos, moléculas y cuerpos macroscópicos revelarían la asimetría temporal inherente al universo.
La razón por la que esta flecha apunta siempre en una dirección, pero no en la otra, es uno de los mayores rompecabezas científicos de todos los tiempos.
La respuesta clásica con la que siempre se ha argumentado esta dirección es la Segunda Ley de la Termodinámica, que establece que la entropía, o el desorden, siempre aumenta dentro de un sistema cerrado. Por otro lado, el Universo primitivo estaba muy caliente y su energía se distribuía uniformemente por todas partes. Lo cual es un estado de baja entropía en un sistema dominado por la gravedad.
Con el paso del tiempo, en efecto, la entropía del Universo no ha dejado de aumentar y eso es lo que determina la dirección de la flecha del tiempo.
En los últimos años se han reportado diferentes experimentos que cuestionan la posibilidad de invertir la flecha del tiempo, uno de los más destacados es el experimento realizado por un equipo de físicos dirigidos por el físico Kaonan Micadei de la Universidad Federal ABC en Brasil, en la que cuestionaron el efecto de modificar las condiciones iniciales de un sistema cerrado en la dirección del tiempo.
El equipo se planteó la pregunta de si sería posible crear sistemas cerrados en la Tierra con condiciones iniciales específicas que obligaran a la flecha del tiempo a apuntar en dirección opuesta a la que normalmente percibimos.
En su experimento, lograron construir un sistema en el cual los objetos fríos transmitían calor a los más calientes, lo cual es contrario a nuestra experiencia cotidiana.
Los resultados obtenidos desafiaron nuestra intuición sobre la flecha del tiempo y mostraron que, bajo ciertas condiciones controladas, es posible crear un sistema donde la dirección del flujo de calor se invierte.
Es importante tener en cuenta que el experimento realizado por este equipo de investigadores se llevó a cabo en un entorno controlado de laboratorio y su impacto y alcance aún sigue investigándose y replicados por otros científicos.
El descubrimiento de este sistema con una flecha del tiempo invertida tiene implicaciones interesantes en nuestra comprensión del tiempo y los procesos termodinámicos. Podría proporcionar nuevas perspectivas sobre cómo se desarrollan y evolucionan los sistemas físicos y cómo nuestras leyes y conceptos actuales podrían adaptarse o expandirse para abordar estos fenómenos.
Es importante seguir investigando y replicando estos resultados para comprender mejor las implicaciones y limitaciones de este sistema con una flecha del tiempo invertida.
La ciencia está en constante evolución y este descubrimiento representa un emocionante paso hacia adelante en nuestro entendimiento del tiempo y los fenómenos asociados a él.
Los trabajos de Kaonan tienen un impacto significativo en nuestra comprensión del tiempo y su relación con el entrelazamiento cuántico y la entropía.
Este descubrimiento contribuirá a mejorar nuestra comprensión de por qué nuestro Universo parece seguir una única dirección temporal, sin la posibilidad de revertirse.
La asimetría entre la mecánica cuántica y la mecánica clásica no implica una contradicción. Ambos enfoques son válidos en sus respectivos dominios y brindan una comprensión útil de los fenómenos a su escala correspondiente.
Aunque la reversibilidad temporal a nivel macroscópico no ha sido confirmada experimentalmente, la posibilidad de simetría temporal en los procesos cuánticos sigue siendo un tema de investigación y debate en la física contemporánea.
