Físicos exploran la posibilidad de que el tiempo cuántico fluya hacia atrás
Imagina que viertes café en leche. Obtendrás una mezcla homogénea de los dos líquidos, y cada cucharada de la mezcla será indistinguible de la otra. Nada nuevo. Pero ¿por qué se produce este fenómeno? ¿Por qué la leche y el café se mezclan de este modo en lugar de permanecer perfectamente separados? La respuesta a estas preguntas está en una ley fundamental de la física, el segundo principio de la termodinámica formulado por el gran científico Ludwig Botlzmann hace más de un siglo.
Una de las ideas más importantes de Boltzmann fue demostrar que cualquier sistema físico aislado evoluciona hacia la condición de máximo desorden o, siendo más específicos, de «máxima entropía». La entropía de un sistema es la magnitud física que mide el desorden, contando el número de «modos» en que puede realizarse ese sistema concreto. Existen infinitas formas en las que las moléculas de leche y café pueden mezclarse para formar un latte, y solo una forma en la que pueden permanecer bien ordenadas y separadas unas de otras. Y según Boltzmann, la naturaleza siempre elegirá ir en la primera dirección.
Te estarás preguntando, ¿qué tiene que ver el café con leche con el tiempo cuántico? Digamos que las cuestiones están estrechamente relacionadas. El segundo principio de la termodinámica establece un principio de irreversibilidad, es decir, solo admite una dirección para el paso del tiempo, aquella en la que el pasado siempre va por antes del futuro. No obstante, todo esto choca con otro hecho: algunas de las ecuaciones fundamentales de la física, como las ecuaciones del movimiento de Newton, que rigen la dinámica de los objetos macroscópicos, y la ecuación de Schrödinger, que rige el comportamiento de los objetos microscópicos, son «simétricas» con respecto a la inversión temporal.
Esto implica que, al menos en principio, estas ecuaciones no implican que el tiempo deba fluir necesariamente hacia delante; de hecho, el tiempo no tiene una dirección privilegiada. De ahí el problema: ¿por qué partimos de ecuaciones en las que hay simetría temporal y llegamos a un mundo en el que se rompe la simetría temporal y se identifica una dirección privilegiada? Físicos del Departamento de Matemáticas y Física de la Universidad de Surrey, en Reino Unido, intentan responder a esta incógnita.
Está bien. Sabemos que “el gato” no existe, pero se trata de un récord excepcionalmente largo que podría conducirnos a dispositivos cuánticos más robustos.
En busca del tiempo cuántico
En su artículo publicado en la revista Scientific Reports, el equipo encabezado por el italiano Andrea Rocco intentó resolver este desajuste entre la dinámica microscópica; el hecho de que las ecuaciones sean invariantes con respecto a la inversión del tiempo, y la dinámica macroscópica, la dirección privilegiada del tiempo consagrada en el segundo principio de la termodinámica.
Primeramente, examinaron el comportamiento de un objeto cuántico microscópico colocado en un baño térmico denominado infinito. Un baño térmico es un sistema tan grande en relación con el objeto cuántico que «no siente» los efectos del propio objeto. Por ejemplo, un electrón que se desplaza por el Universo. Las ecuaciones de un sistema así muestran que el objeto cuántico disipa energía e información en el entorno, pero no al revés.
«Hemos reexaminado de forma más rigurosa las ecuaciones que salen de este enfoque aproximado. Demostrado que estas ecuaciones permanecen invariantes con respecto a la inversión del tiempo. Es decir, la simetría se mantiene: se obtienen dos flechas de tiempo opuestas, cada una es perfectamente compatible con las ecuaciones de movimiento. El sistema se mueve hacia el equilibrio tanto si se mueve hacia delante como hacia atrás en el tiempo, disipando energía en ambos casos. Por tanto, esta aproximación no implica una violación de la simetría tiempo-reversión», explica Rocco.