La fórmula del tiempo

En la sociedad en que vivimos, siempre andamos mirando el reloj. Nos ponemos una alarma en un tiempo concreto, nos despertamos, desayunamos y nos dirigimos a nuestro trabajo para entrar en una hora concreta. Pasamos ocho horas y volvemos a casa. En casa descansamos unos minutos y vamos a buscar nuestros hijos al colegio ya que salen en una hora en concreta.

Basamos toda nuestra vida en el tiempo y las horas. Organizamos nuestra vida alrededor de este concepto.

Pero… ¿Qué es el tiempo?

¿Existe realmente o lo hemos inventado nosotros?

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Pues resulta que el tiempo es un concepto muy complicado de definir. Físicos del todo el mundo intentan dar definiciones. Sin embargo, aún no entendemos realmente lo que es.

Hoy, trataremos de dar una visión del tiempo des de diferentes puntos de vista de la física moderna. Comenzaremos por la mecánica clásica, continuaremos por la mecánica estadística y la mecánica cuántica, y finalmente acabaremos en la relatividad general de Einstein.

¿Quieres descubrir los misterios que guarda el tiempo?

¡Adelante!

La mecánica clásica son las leyes físicas que derivan de los tres principios de Newton. La segunda ley de Newton nos dice que la fuerza es igual a la derivada del momento lineal respecto el tiempo lo que equivale a decir que la fuerza es igual a la aceleración por la masa

En este marco teórico el tiempo se considera un valor absoluto, que ocurre de la misma forma para todos los observadores.

Además, las formulas en la física clásica tienen simetría temporal. Es decir, las ecuaciones se cumplen de la misma forma si el tiempo va hacia delante o hacia atrás.

En física clásica utilizamos el tiempo para calcular velocidades, aceleraciones o posiciones a través de las ecuaciones del movimiento.

Es un simple número que introducimos en nuestras ecuaciones para hacer cálculos. Tiempo es absoluto, lineal (transcurre en una sola dirección y reversible.

De hecho, este concepto de tiempo es el que está más arraigado en nuestra sociedad. El tiempo ocurre igual para todo el mundo.

Quedamos con nuestros amigos en una hora en concreto ya que sabemos que el tiempo pasa igual para todos nosotros y que si en una cierta hora estamos en un mismo lugar, compartiremos ese punto del espacio tiempo y nos podremos ir a tomar una cerveza y a charlar.

¿Pero realmente el tiempo es absoluto? O simplemente es un producto de nuestra mente donde recordamos el pasado y olvidamos el futuro teniendo una falsa sensación de presente y una ilusión de fluidez del tiempo.

Continuemos con nuestra búsqueda…

Las ecuaciones matemáticas no dicen nada sobre el sentido del tiempo. Estas son aplicables tanto para ir a delante en el tiempo como hacia atrás.

Sin embargo, nuestra intuición nos dice que un vaso se rompe, pero no se regenera, o que un terrón de azúcar se deshace en el café, pero una vez desecho no se vuelve a convertir el terrón. Por lo tanto, parece que existe solo un sentido.

Aquí es donde entra en juego la segunda ley de la termodinámica o también conocida como la flecha del tiempo, la cual postula que la entropía siempre del universo siempre crece.

Pero… ¿Qué es la entropía?

Bueno...

Este concepto también es difícil de definir ya que no representa ninguna magnitud palpable en nuestra vida cuotidiana.

En institutos y universidades de todo el mundo se define la entropía como desorden. Es decir, a mayor entropía mayor desorden. Por lo tanto, podríamos redifinir la segunda ley de la termodinámica como que el universo siempre tiende al desorden.

Personalmente, a mí no me gusta mucho esta definición. Prefiero la definición que usa el famoso físico teórico Leonard Susskind en sus ponencias (las puedes ver en Youtube). Él define la entropía como el grado de desinformación que tenemos de un sistema.

Por ejemplo, un vaso antes de romperse tiene todos sus átomos dispuestos de una forma concreta. Cuando el vaso cae y se rompe, los componentes que lo forman pueden tomar muchas posiciones distintas.

Por lo tanto, el grado de información accesible de cuando está roto es mucho menor ya que existen muchas formas en que el vaso puede romperse, pero solo una manera de estar entero.

La entropía, al final, es un concepto probabilístico. El desorden significa que un sistema puede adoptar muchas conformaciones distintas, aumentando los grados de libertad del sistema y disminuyendo la cantidad de información que podemos obtener de él.

Pongamos otro ejemplo: el agua cuando se encuentra al cero absoluto, sus moléculas están totalmente quietas, dispuestas de una sola manera. En este caso, sus moléculas solo pueden encontrarse en una posición y el sistema está totalmente “ordenado”, por lo que su entropía es cero.

No obstante, si aumentamos la temperatura, las moléculas de agua empiezan a moverse, con lo que las posiciones en las que pueden encontrarse las moléculas son muchas, o lo que es lo mismo, existen muchos microestados del sistema. Esto hace que el grado de desinformación de dicho sistema aumente, con lo que aumenta la entropía.

En resumen, el concepto de entropía establece una flecha temporal. Marca que sucesos ocurren en nuestro universo y la dirección de estos.

En el siglo XX llego una de las teorías más revolucionarias de todos los tiempos: la teoría de la relatividad general, formulada por Albert Einstein.

La relatividad general es muy compleja de entender con profundidad ya que hace uso de matemáticas complejas como el algebra tensorial o la geometría diferencial.

¡No te preocupes!

Intentaremos dar unas pinceladas de esta bella teoría.

La relatividad general introduce el concepto de espacio-tiempo. El espacio-tiempo se puede visualizar como un tejido que incluye las tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal.

Este tejido espacio-temporal puede ser deformado por la materia y esto es exactamente lo que relacionan las ecuaciones de la relatividad general: ¿Cuánta materia necesito para poder deformar el espacio-tiempo?

Por lo tanto, el tiempo no es algo lineal y que fluye, sino que existe como bloque y el futuro y el pasado es simplemente una ilusión nuestra. Todo ha ocurrido y esta ocurriendo a la vez.

De hecho, los hipotéticos agujeros de gusano son portales que nos llevarían de un punto temporal a otro, pudiendo ir al pasado ????

Es más, la relatividad general también nos dice que los puntos donde hay una mayor gravedad el tiempo pasa más lento.

¿Has visto la película de Interstellar?

En un punto de la película aterrizan en un planeta muy cerca del masivo agujero negro de Gargantua. Una vez allí encuentra la doctora Miller, que quedó atrapada hace años en ese planeta.

Sin embargo, la gravedad es tan alta en ese planeta que para la doctora Miller solo han pasado unas horas desde que quedó atrapada en ese planeta.

No obstante, para el resto de la gente hacia años que estaba allí.

¡El tiempo había pasado diferente para ella!

Una vez recuperan la doctora Miller, vuelven a la nave donde se encontraba el otro tripulante esperándolos.

¡Para el tripulante en la nave habían pasado alrededor de 20 años mientras que para el resto que estaba en el planeta de Miller había pasado solo unas horas!

Una hora en Miller equivalía a siete años en la nave nodriza Endurance.

Esto es solo una película, pero este hecho es real.

De hecho, ¿Sabías que tus pies son más jóvenes que tu cabeza ya que la fuerza de la gravedad es mayor en los pies al encontrarse más cerca del centro de la Tierra?

Aquí llegamos a la gran conclusión: el tiempo es relativo.

Sí, sí, el tiempo es relativo y no absoluto como se creía antes.

La relatividad especial de Einstein nos dice que dos observadores en movimiento relativo experimentan el tiempo de manera diferente.

¿Qué quiere decir esto?

¡Pongamos otro ejemplo!

Imagínate que te encuentras en el andén de una estación de tren y justo cuando pasa un tren (sin parada) a gran velocidad caen dos rayos al mismo tiempo. Para ti, los rayos han caído a la vez. Sin embargo, para un observador dentro del tren primero ha caído uno y después el otro.

¿Quién tiene razón?

La verdad es que los dos...

No existe una realidad absoluta. Existe una realidad para cada observador. Dos sucesos que para ti pueden ser simultáneos, para otra persona puede ser que no lo sea. La simultaneidad es relativa.

La relatividad especial también nos dice que cuando mayor es nuestra velocidad más lento pasa el tiempo. Esto se ha podido comprobar utilizando los relojes más precisos que existen: los relojes atómicos.

Si dejamos un reloj atómico en el suelo y otro en un avión, cuando el avión aterrice veremos que el que hemos dejado en tierra marca que ha pasado más tiempo que en el que iba en el avión.

Este es otro hecho que afirma el poder de la relatividad especial y de que el tiempo no es absoluto. Cada observador tiene su tiempo.

Vale, acepto que es demasiado...

Descansa un poco tu mente porque aún no hemos contado lo más alucinante...

¿Qué nos dice la mecánica cuántica sobre el tiempo? Vas a flipar...

Quiero contaros un experimento que cuando lo descubrí me dejó con la boca abierta. Este experimento recibe el nombre de el borrador cuántico de selección retardada.

Es un poco difícil de explicar, pero intentaré hacerlo lo mejor que pueda.

¿Recuerdas el experimento de la doble rendija propuesto inicialmente por Thomas Young?

Vamos a resumirlo:

En el experimento de la doble rendija se lanza una fuente de electrones por una doble rendija. Si ponemos un aparato para medir por cual de las dos rejillas sale el electrón vemos que los electrones se comportan como una partícula. Sin embargo, sino medimos la posición del electrón, lo que vemos es un patrón de interferencia. Es decir, la medición hace que el electrón se comporte como una partícula y no como una onda.

El punto de partida del borrador cuántico de selección retardada es el experimento de la doble rendija.

Justo después de la rendija se coloca un cristal que cuando es atravesado por un fotón, el cristal hace que salgan dos fotones entrelazados cuánticamente. Uno de los fotones lo enviamos a través de un medidor y el otro no.

Lo que sucede es increíble...

Cuando hacemos la medición de uno de los fotones vemos que el otro (el cual no medimos) se comporta como una partícula. En cambio, sino medimos ninguno de los dos, entonces se comporta como una onda (se muestra un patrón de interferencia).

Lo que nos dice este experimento es como si el fotón que es medido pudiera viajar al pasado y decirle al otro fotón: ¡compórtate como una partícula!

Existe una retrocausalidad del futuro hacia al pasado.

En este video puedes ver el experimento visualmente lo que te ayudará a entenderlo mejor.

Este artículo se titula la formula del tiempo.

Sin embargo, aun no sabemos que es el tiempo. Como hemos visto el tiempo parece comportarse muy diferente a como hemos pensado durante toda la historia de la humanidad.

Esto me lleva a pensar...

¿Existe realmente el tiempo o es solo un producto de nuestro cerebro?