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Amnesia cuántica y flecha del tiempo

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Amnesia cuántica y flecha del tiempo

Área: Física — Miércoles, 2 de Septiembre de 2009
Según una nueva propuesta una suerte de amnesia mecanico-cuántica podría explicar el origen de la flecha del tiempo.
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Una de las cuestiones más enigmáticas en Física es el origen de la flecha del tiempo, esa sensación de que los hechos trascurren del pasado al futuro pero nunca al revés. De este modo envejecemos con el paso del tiempo y el café caliente se va enfriando espontáneamente, pero nunca ocurre al revés.
El problema es que la inmensa mayoría de las leyes físicas son reversibles en el tiempo o, dicho técnicamente, invariantes por inversión temporal; es decir, no distinguen entre ir del pasado al futuro o del futuro al pasado.
La única pista que nos dice que nuestra percepción de la realidad es correcta, y que hay una flecha del tiempo verdadera, es la existencia de la entropía, o el grado de desorden de un sistema, que siempre aumenta o permanece constante con el tiempo para un sistema cerrado (segunda ley de la termodinámica). Si, por ejemplo, vemos cómo un huevo roto se reconstruye a un huevo entero tenemos la sensación, justificada, de ver una película proyectada al revés. 
Este problema de la flecha del tiempo está lejos de solucionarse. De hecho, ni siquiera conocemos la naturaleza del tiempo y hay fuertes debates en la comunidad científica sobre si el tiempo es una propiedad emergente que surge a partir de otros entes más elementales o si tiene existencia propia real. Porque lo que parece claro es que en todo caso el tiempo siempre es relativo.
Intentos de explicar la naturaleza del tiempo ha habido desde hace mucho tiempo y de vez en cuando aparece uno más. Ahora Lorenzo Maccone, del MIT, propone en Physical Review Letters una nueva explicación mecánico-cuántica a la flecha del tiempo. Según él, en el marco de la Mecánica Cuántica todos los fenómenos que dejan detrás un rastro de información son aquellos donde la entropía aumenta o permanece constante, mientras que aquellos en los que disminuye no dejan tras de sí ninguna clase de información y esta situación es indistinguible de aquella en la que un proceso simplemente no se da. Es decir, la Física no puede estudiar procesos en los que la entropía disminuya. La flecha del tiempo sería el resultado de una amnesia mecánico-cuántica que borra cualquier rastro de inversión temporal.
La Termodinámica es probablemente la parte de la Física más sensata y con más sentido común. Nos dice, entre otras cosas, que un frigorífico desenchufado no funciona. Trata del estudio del comportamiento de sistemas macroscópicos formados por muchas partículas, como pueda ser una gas encerrado en un recinto. Nos dice que la entropía aumenta en un sistema aislado y que sólo podemos hacer que disminuya localmente a costa de energía y de hacer que crezca en otro sitio.
La entropía nos mide el grado de desorden y está asociada con el flujo de calor. De este modo el calor pasa espontáneamente de un objeto caliente a otro más frío, pero nunca al revés (segunda ley de la termodinámica). Por eso un frigorífico necesita estar enchufado para obtener energía y así cumplir con su trabajo, a costa de una entropía generada en la central eléctrica.
En el mundo cuántico un recinto con partículas gana entropía (y pierde información) cuando está más entrelazado con el mundo exterior. Para un observador exterior el recinto puede terminar estando más y más entrelazado con él. Este entrelazamiento, que lleva aparejada una pérdida de información en las partículas, aumenta la información disponible para el observador. En este contexto y según Maccone, el aumento de la entropía, y por tanto la segunda ley de la termodinámica, podría ser una mera ilusión, un artefacto de la Mecánica Cuántica (MC).
Las leyes de la MC son simétricas en el tiempo y por tanto el tiempo puede fluir, en teoría, hacia delante o hacia atrás. Esto viene, en concreto, determinado por la ecuación de evolución de la MC: la ecuación de Schrödinger. Según Maccone si uno analiza esto con cuidado se puede ver que pueden darse todos los procesos en los que las cosas corren al revés en el tiempo, pero no dejan detrás un rastro de que hayan ocurrido.
En los procesos en lo que la entropía disminuye la correlación entre eventos y observadores desaparece. Esta ausencia de información hace que los observadores como nosotros no puedan observar dichos eventos que son equivalentes a una inversión de la flecha del tiempo.
No vemos cómo un huevo roto se recompone porque la información acerca de este evento no se conserva, según él esa información es borrada de nuestra memoria.
Pero extender la naturaleza mecánico-cuántica de las partículas al mundo macroscópico de los huevos rotos es problemático. Según Maccone, para que esta idea funcione a todas las escalas, la MC debe de operar más allá del nivel atómico, y aún no tenemos pruebas de que la Naturaleza se comporte de manera mecánico-cuántica a escalas grandes.
Sin embargo, esta conjetura se puede mantener si se asume como correcta la interpretación de los mundos múltiples de la MC. En este escenario el Universo se escinde en una multitud de universos paralelos cada microsegundo, cada uno con su propia evolución interna pero sin interacción con los demás.
Según Michael Weissman, de University of Illinois y no involucrado en este estudio, la relación entre la segunda ley de la termodinámica y nuestro conocimiento sobre el mundo se ha discutido con anterioridad, pero este trabajo consigue argumentarlo con unos cimientos más firmes. Sin embargo, cree que la explicación es incompleta porque descansa en la presunción de que los humanos tenemos una relación particular con el tiempo (que sólo somos capaces de crear recuerdos sobre el pasado). Y esto no reemplaza, según él, la necesidad de otras presunciones iniciales sobre la manera en la que funciona nuestra mente.
Según Sean Carroll, del Caltech, este trabajo tampoco explica otro misterio: ¿por qué el Universo surgió como una sopa de materia y energía con una entropía muy baja? Como la entropía es de alguna manera la medida de la probabilidad de una configuración particular, la situación de una muy baja entropía inicial es extraordinariamente improbable.
Fuentes y referencias:
New Scientist.
Artículo original (resumen).
Copia artículo original.

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Thalia