El tiempo… parece algo tan sutil… nos acompaña desde el nacimiento del universo, separando nuestros instantes, ordenando los acontecimientos de nuestra propia historia… Hasta hace poco, se creía que era algo absoluto, es decir, que era igual para todos los que lo observaran y todos ellos estarían de acuerdo a la hora de clasificar un mismo suceso como presente o pasado. Pero gracias a Einstein y a su teoría de la Relatividad, descubrimos que el tiempo dependía de los observadores y de su estado de movimiento, pudiendo suceder, por ejemplo, que para uno de ellos el futuro sucediera antes que para el otro. El tiempo empezaba a ser un compañero mas desconocido de lo que parecía.
Pero lo curioso, además, es que en todas las ecuaciones de la física (tanto clásica como relativista) permanecerían inalteradas si se invirtiera la dirección del tiempo, como si este “detalle” no tuviera importancia para ellas, es decir, son simétricas en este aspecto, entonces…
¿Por qué para nosotros el tiempo es irreversible? ¿Por qué vivimos en un universo donde el pasado precede al futuro y no al revés?
Si viéramos una película donde en una mesa de billar las bolas se reagruparan en un triángulo mientras una blanca abandonara el centro de la mesa para situarse en un extremo, no dudaríamos de que se esta película se estaría proyectando al revés, pues la escena sería increíble. Por parte de las leyes de la física no habría ningún problema en que las bolas por sí sola se reagrupasen, pero ¿podríamos decir lo mismo desde el punto de vista del azar?
En 1927, el astrofísico británico Arthur S. Eddington, del que ya hablamos en la entrada "En el ombligo del universo", utilizó por primera vez, en sus conferencias sobre “La naturaleza del mundo físico”, la expresión Flecha de Tiempo para referirse a la dirección en la que éste discurre sin interrupción desde el pasado hacia el futuro. Explicaba que, si dibujásemos una flecha arbitrariamente y al seguirla encontráramos que los elementos distribuidos al azar iban en aumento, entonces la flecha apuntaba al futuro, pero si por el contrario disminuyesen, entonces la flecha apuntaba al pasado.
El físico Stephen Hawking resalta en su libro “Historia del Tiempo” tres "Flechas de Tiempo" que transcurren desde el pasado al futuro. El hecho de que las tres apunten hacia la misma dirección es condición indispensable para que podamos estar aquí haciéndonos preguntas, según el razonamiento del principio antrópico débil (cuya definición la podéis encontrar en la entrada "En el ombligo del universo"
Estas flechas son:
La flecha termodinámica es la que hace posible que no vivamos la experiencia de ver cómo los vasos que caen al suelo, y se rompen, se recompongan ellos solitos y salten a la mesa desde donde cayeron. Está basada en la Segunda Ley de la termodinámica. Para explicarla hay que introducir primero el concepto de Entropía.
¿Qué es la entropía?
Es una medida de desorden. El cristal roto y el agua en el suelo están un estado mayor de entropía que un vaso encima de una mesa, pues su nivel de orden es elevado. Con el tiempo aumenta el desorden, es decir, partimos desde un estado bajo de entropía hacia uno más elevado y siempre vamos en esa dirección, por eso no podemos presenciar la milagrosa recomposición de los cristales rotos pero, en cambio, si sufrimos como una habitación recién limpia (en un buen estado de orden) se va volviendo sucia y “entrópica” con el tiempo…¡grr!.
Siempre habrá un mayor número de estados desordenados que ordenados.
Pero... ¿Por qué sucede esto?
Pues porque para mantener un estado ordenado hace falta gastar energía. Nosotros mismos tenemos un nivel bajo de entropía. Para mantenernos vivos tenemos que luchar contra el aumento inexorable de la entropía en nosotros mismos y lo hacemos tomando energía en estado ordenado (alimento y oxígeno) y desechándola en forma de calor, que es la forma de energía más desordenada que existe, con lo que colaboramos, a su vez, al aumento de entropía del universo.
En 1974, el físico Roger Penrose aplicó la segunda ley de la termodinámica al universo y dedujo que éste comenzó con un nivel de entropía increíblemente pequeño en comparación con el que podría tener, el porqué fue así continúa siendo un misterio. Pensar que el universo surgió de una explosión (el Big Bang) y aún así no haber generado el caos, como cabría de esperar en cualquier explosión, sino un escenario realmente ordenado es algo alucinante. Toda la materia cósmica observable se distribuyó en aglomeraciones incandescentes (estrellas) y en materiales fríos (planetas y polvo cósmico). Este desequilibrio térmico posibilitó que el Sol irradiara energía baja en entropía hacia la Tierra, algo indispensable para nuestra supervivencia.
Si el universo no hubiera surgido con ese nivel tan bajo de entropía…NO EXISTIRÍAMOS
Sigue este enlace: Noticias sobre la entropía del universo
La flecha psicológica es la dirección donde sentimos el paso del tiempo, la que hace posible que recordemos el pasado y no el futuro. Reside en nuestra mente y nos hace comprender la sucesión de los hechos que vivimos. La acumulación de recuerdos forma la flecha de tiempo mental. Hay quienes piensan que el tiempo no es real, que somos nosotros quienes lo inventamos para explicar los sucesos que vivimos, ya que nunca se ha realizado ningún experimento para detectar el “flujo del tiempo”.
La flecha cosmológica del tiempo nos señala que nos encontramos en la dirección en que se expande el universo y no en su fase contractiva, pues entonces apuntaría en sentido contrario. Stephen Hawking explica que si el universo hubiera comenzado en un estado grumoso y desordenado ahora mismo estaríamos en un estado de desorden completo y no podría aumentar con el tiempo. Al no aumentar, podrían suceder dos cosas: disminuir, por lo que la flecha termodinámica señalaría en dirección opuesta a la cosmológica o permanecer constante, por lo que la flecha termodinámica no estaría bien definida. Pero ninguna de ambas circunstancias son las que vivimos, pues como ya hemos visto la entropía va en aumento constante. Así pues, el universo debió comenzar en un estado muy suave y ordenado.
Pero, ¿como sabemos que nos encontramos en la fase donde el desorden aumenta y el universo se expande y no en la fase contractiva?
Hawking responde siguiendo el principio antrópico débil y es que las condiciones de la fase contractiva no serían adecuadas para la existencia de vida inteligente que se hiciera esa pregunta. El universo, como vimos en la entrada anterior, se expande a una velocidad muy próxima a la que evitaría que se volviera a colapsar, por lo que tardará mucho antes de que se produzca este hecho. Cuando suceda, todas las estrellas ya se habrán quemado y el universo estaría en un nivel de desorden completo. No habrá flecha termodinámica del tiempo. Sin embargo, sin una flecha termodinámica clara la vida inteligente no podría vivir, pues como vimos, es necesario consumir alimento que es una forma ordenada de energía.
En resumen, aunque en las leyes de la ciencia no influye la dirección del tiempo, en la realidad existen tres flechas que nos mantiene en la dirección “lógica” de pasado a futuro. Dos de ellas (termodinámica y psicológica) coincidirán siempre, la cosmológica apuntará en el mismo sentido de las otras dos mientras el universo esté en la fase expansiva, fase en la que nos encontramos ahora, porque de lo contrario... NO EXISTIRÍAMOS
Referencias:
- Historia del Tiempo. Stephen Hawking - La Mente Nueva del Emperador. Roger Penrose
- Física Para Todos. Rafal Andrés Alemañ
