¿Qué es el tiempo? Un concepto tan familiar parece no requerir explicación. Sin embargo, la física moderna ha desmontado muchas de nuestras intuiciones y el tiempo resulta, en gran parte, una ilusión.
El debate sobre el verdadero significado del tiempo, incluso sobre su propia existencia a un nivel fundamental, está hoy más vivo que nunca y entronca con las cuestiones más profundas de la física teórica.
Einstein y el espacio-tiempo
A comienzos del siglo XX, Albert Einstein revolucionó nuestra concepción del espacio y el tiempo con su teoría de la relatividad especial (1905) y general (1915). Según estas, el tiempo depende de la velocidad del observador y del campo gravitatorio al que está sometido, fenómenos que han sido demostrados experimentalmente.
Desde entonces concebimos el tiempo como una dimensión del mismo carácter que las tres dimensiones espaciales: la cuarta dimensión.
El tiempo transcurre más lento en la cabeza que en los pies
Supongamos que el reloj de su casa marca las 10 cuando usted sale a dar un paseo, y las 11 cuando regresa. El sentido común dice que para usted ha transcurrido una hora y que el reloj que lleva en el bolsillo (si funciona bien) también habrá corrido una hora. Pero, estrictamente hablando, eso es incorrecto. Por haberse movido, el tiempo transcurrido para usted y su reloj es ligeramente más corto que para el que dejó en casa. La diferencia es tan pequeña que a efectos prácticos es nula. Pero cuando se hace este tipo de experimento usando relojes atómicos se comprueba que el tiempo transcurrido es distinto (y la discrepancia es exactamente la que predice la teoría de Einstein).
Lo mismo sucede con la gravedad: cuanto mayor es el campo gravitatorio más lentamente transcurre el tiempo. Cuando usted está de pie, el tiempo transcurre más rápido en su cabeza que en sus pies. Esto también se ha comprobado experimentalmente.
No hay un tiempo universal. No es posible decir que “en un momento dado” la realidad es una determinada, compuesta de hechos que suceden simultáneamente en diferentes lugares. Para otro observador los hechos que configuran “la realidad del presente” son otros.
El fluir del tiempo para la física
La percepción psicológica más poderosa acerca del tiempo es que, a diferencia del espacio, éste fluye. Los hechos pasados ya sucedieron. Existieron, pero ya no existen. Y los futuros aún no han sucedido. Solo el presente tiene existencia real.
Sin embargo, no hay nada en las ecuaciones de la física que nos diga que el tiempo fluye de esta manera. Esas leyes relacionan sucesos en tiempos diferentes (o sea, caracterizados por valores diferentes de la coordenada tiempo), pero no nos dicen que el tiempo transcurra del pasado hacia el futuro.
Por increíble que parezca, el paso del tiempo es probablemente una ilusión. Eso sí, una ilusión fortísima.
¿A qué se debe esa alucinación colectiva?
Suponga que el tiempo fluyera más despacio. ¿En qué lo notaría? En este juego no debe hacerse la trampa de imaginar que el tiempo fluye más lento para todos, excepto para nosotros. Nosotros somos parte del universo y, por tanto, los procesos de nuestro cerebro (y los consiguientes pensamientos) también se ralentizarían, en sincronía con todos los relojes. Por tanto, la respuesta es que no lo notaríamos en absoluto. Todo lo percibiríamos exactamente igual.
Esto sería así incluso aunque el “fluir del tiempo” fuera hacia atrás. En cada momento nuestros pensamientos serían idénticos, y como consecuencia también lo serían nuestros “recuerdos” y nuestra percepción del tiempo.
Flickr/Warner Bross, CC BY-SA
La flecha del tiempo
Sin embargo, el tiempo parece transcurrir, y además lo hace en una dirección determinada y no en la opuesta. Es lo que se llama “flecha del tiempo”. Cuando agitamos leche en una taza de café, ambos se mezclan, pero nunca ocurre al revés. Cuando un huevo se nos cae al suelo, se rompe, pero nunca sucede que los trozos se recompongan espontáneamente y el huevo salte a nuestras manos. La razón de estos procesos aparentemente irreversibles está en el segundo principio de la termodinámica, según el cual “la entropía siempre tiende a aumentar”.
En términos coloquiales, la entropía es algo parecido al desorden de un sistema físico. Realmente, el segundo principio no es una ley física, sino pura estadística. Hay muchos más estados desordenados que ordenados y, por tanto, la evolución siempre tiende a desordenar los sistemas.
Tome un mazo de 20 cartas rojas sobre 20 cartas negras y mézclelo. Enseguida perderá esa configuración especial. Pero por mucho que baraje, en la práctica nunca volverá a la configuración inicial, aunque en principio sería posible. Son estos procesos irreversibles los que crean una flecha del tiempo, los que distinguen el pasado (entropía menor) del futuro (entropía mayor).
El orden en el Big Bang
El universo en el momento del Big Bang presentaba muy baja entropía, es decir, muy poco desorden. Nadie conoce el porqué de este hecho crucial (aunque hay modelos interesantes para explicarlo), pero gracias a él la entropía pudo aumentar y originarse la flecha del tiempo que nos es familiar.
Desde aquel instante remoto, la entropía no ha hecho más que crecer a través de procesos irreversibles, como los mencionados (huevos que se rompen, líquidos que se mezclan) y otros de más envergadura (estrellas quemando hidrógeno).
Los procesos irreversibles producen una poderosa sensación de causa y efecto, en ese orden temporal. Sin embargo, en las ecuaciones de la física no encontramos esa distinción, ya que todos los procesos son en realidad reversibles.
La piedra en el estanque
Imagine que deja caer una piedra a un estanque, originando las típicas ondas concéntricas en la superficie. En principio, el proceso podría tener lugar al revés: por una fluctuación aleatoria de la superficie del agua se formarían ondas perfectamente concéntricas que avanzarían hasta el centro donde se produciría un remolino que elevaría la piedra desde fondo del estanque y la lanzaría hasta su mano, quedando a continuación la superficie en perfecta calma. Como una película marcha atrás.
Esto no lo prohíben las leyes de la física, pero es extraordinariamente improbable. La razón está en el segundo principio de la termodinámica: los procesos siempre van de menor a mayor entropía. Y el estado de la piedra en nuestra mano y el estanque en calma tiene mucha menos entropía que la piedra en el fondo del estanque y el agua ligeramente calentada por el impacto de la piedra.
Si nos muestran una instantánea de unas ondas circulares en la superficie de un estanque, las relacionaremos (diremos que “han sido causadas”) con algún estado de menor entropía (por ejemplo, la caída de un objeto). Lo contrario (una fluctuación aleatoria del agua) es altamente improbable.
Por tanto situaremos la causa en el pasado, en el reino de la baja entropía. Esta es la razón por la que hablamos de causas y efectos, donde las primeras anteceden a los segundos.
Y es la razón también por la que se forman registros y memorias del pasado. Si la piedra cae en barro en vez de en agua, las ondas generadas se quedan “congeladas”, ofreciendo un registro de la “causa” que las produjo, que, como hemos dicho, es siempre un evento en el pasado.
El mundo está lleno de huellas del pasado de este tipo: los cráteres de la Luna, los fósiles, las construcciones humanas, etc. Por el mismo motivo relacionamos los registros de nuestro cerebro (nuestras memorias) con hechos del pasado que los han “causado”. Y esto es lo que produce la sensación psicológica de que viajamos del pasado al futuro: del pasado (baja entropía) poseemos abundantes registros y memorias, mientras que el futuro (alta entropía) es incierto. La percepción es que el pasado “ya ocurrió”, pero el futuro “aún no lo ha hecho”, aunque las leyes de la física no proporcionen exactamente esta interpretación.
La naturaleza del tiempo
Aunque la mayoría de los físicos estarían de acuerdo con lo dicho anteriormente, lo cierto es que aún no conocemos la naturaleza del tiempo en toda su profundidad. Y no lo haremos hasta que se concilie la teoría de la relatividad general con la mecánica cuántica, los dos pilares de la física moderna.
De momento, podemos disfrutar con la idea de que el paso del tiempo (deseado o no) es solo una ilusión.
Alberto Casas González, Profesor de investigación, Instituto de Física Teórica (IFT – UAM – CSIC)
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.