Los físicos investigan cómo avanza el tiempo

Como humanos, tenemos una idea muy intuitiva del tiempo, y de las diferencias entre pasado, presente y futuro. Pero tal y como apuntan científicos como Edward Feng de la Universidad de California en Berkeley, y Gavin Crooks del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, la ciencia no proporciona una definición clara del tiempo.

“En nuestra vida cotidiana tenemos la sensación de que el tiempo fluye inexorablemente desde el pasado hacia el futuro; el agua fluye colina abajo; las montañas se erosionan; nacemos, crecemos y morimos; anticipamos el futuro pero recordamos el pasado”, escriben los científicos en un reciente estudio publicado en Physical Review Letters. “Casi todas las teorías físicas fundamentales – mecánica clásica, electrodinámica, mecánica cuántica, relatividad general etc. – son simétricas respecto a una inversión temporal.

“La única teoría que toma una dirección preferida en el tiempo es la segunda ley de la termodinámica, la cual asegura que la entropía del universo se incrementa conforme el tiempo fluye hacia el futuro. Esto proporciona una orientación, o flecha del tiempo, y en general se piensa que todas las otras asimetrías, tales como nuestro sentido de que futuro y pasado son distintos, son consecuencia directa de esta flecha termodinámica”.

En su estudio, Feng y Crooks han desarrollado un método par medir con precisión la “asimetría temporal” (lo cual se refiere a nuestra idea intuitiva de tiempo, de que el pasado difiere del futuro, en contraste con la simetría temporal, donde no hay distinción entre pasado y futuro). Comenzaron investigando el incremento de la disipación de energía, o entropía, en distintas ordenaciones.

El método de los científicos para medir la asimetría temporal se explica mejor en el contexto de un experimento. En el mundo macroscópico, donde los vasos de leche se derraman, la asimetría temporal es obvia. Pero en la escapa microscópica, debido a que la cantidad de energía envuelta es tan pequeña, es más difícil decir que la entropía está aumentando, y que el tiempo se mueve hacia adelante y no hacia atrás. De hecho, durante algunos intervalos de tiempo, la entropía podría en realidad decrementarse. Por lo que aunque la entropía global aún se incremente en media, de acuerdo con la segunda ley, la dirección del tiempo no es obvia en cada momento del experimento. Además, los científicos demuestran que incluso un incremento medio de la entropía no asegura necesariamente asimetría temporal, pero puede surgir en una ordenación que parece simétrica temporalmente.

Feng y Crooks querían que su nuevo método de medida explicara cómo avanzaba incluso en puntos cuando la entropía se hacía más pequeña. Para hacer esto, analizaron el plegado y desplegado de una única molécula de ARN acoplada a dos diminutas gotas. Controlando la distancia entre una gota y una trampa láser óptica adyacente, los científicos podían estirar y comprimir la molécula de ARN. Inicialmente, el RNA comienza en equilibrio térmico, pero, como es alternativamente estirado y comprimido, la entropía total del ARN y del baño que lo rodea se incrementa de media.

“Usamos un conjunto, o gran número, de trayectorias de ARN para medir la asimetría temporal”, explicó Feng a PhysOrg.com. “Usando medidas de trabajo tanto para experimentos hacia adelante como hacia atrás, simplemente acoplamos estas medidas en una expresión para A, o asimetría temporal, en el artículo. Suponiendo que conocemos el cambio de energía libre, dando esto el cuadrado de la longitud de la flecha del tiempo”.

Para medir la asimetría temporal en esta ordenación, un observador que mire la trayectoria del ARN en su plegado y desplegado debería ser capaz de decir si la trayectoria se generó estirando o comprimiendo. Los científicos cuantifican esta observación en términos de “divergencia de Jensen-Shannon”, una probabilidad la cual es “0” si estirar y comprimir son idénticos, “1” si son distinguibles en cada momento, y una fracción de uno su se solapan ocasionalmente.

Esta probabilidad, explican Feng y Crooks, puede describir con mayor precisión la asimetría temporal que una simple medida de la entropía media, dado que la entropía media es sensible a eventos inusuales. Por ejemplo, si el ARN se entrelaza, se resiste a ser desplegado cuando las gotas se expanden. Debido a que el ARN entrelazado es separado muy lentamente, el proceso es esencialmente simétrico temporalmente. Los científicos demuestran que un modelo de este proceso tiene una gran disipación media, o incremento de entropía, pero una pequeña asimetría temporal, como se esperaría intuitivamente debido a lo lento del tirón.

“La divergencia Jensen-Shannon es mejor que la disipación media debido a su forma matemática”, dijo Feng. “Esto tiene en cuenta los eventos extraños de una forma distinta, lo cual demostramos con la molécula de ARN que puede quedar atascada”.

Aparte de su interés teórico, esta investigación podría tener otras aplicaciones, tales como estimar las diferencias de energía libre en experimentos de no equilibrio. Los científicos explican que comprender la relación entre la asimetría temporal y la entropía podría también ser importante para el estudio de otros tipos de maquinaria biológica.

“Aunque el tiempo está claro que se mueve hacia adelante en el mundo macroscópico, la dirección del tiempo se hace confusa en la escala de una molécula aislada”, resume Feng. “Nuestra definición empleando la divergencia de Jensen-Shannon destaca esta distinción. Esperamos que esto tenga un impacto cuando los científicos estudien moléculas biológicas y continúen realizando experimentos en moléculas aisladas”.


Más Información: Feng, Edward H. y Crooks, Gavin E. “Length of Time’s Arrow” Physical Review Letters 101, 090602 (2008).

Autor: Lisa Zyga
Fecha Original: 5 de septiembre de 2008
Enlace Original

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Comments (15)

  1. [...] Hipoteca Vivienda dijo Bueno, ya veo a muchas …hace una semana Los f

  2. Los físicos investigan cómo avanza el tiempo…

    Como humanos, tenemos una idea muy intuitiva de tiempo, y de las diferencias entre pasado, presente y futuro. Pero tal y como apuntan científicos como Edward Feng y Gavin Crooks, la ciencia no proporciona una definición clara de tiempo. “En nuestra…

  3. Los físicos investigan cómo avanza el tiempo…

    En su estudio, Feng y Crooks han desarrollado un método par medir con precisión la “asimetría temporal” (lo cual se refiere a nuestra idea intuitiva de tiempo, de que el pasado difiere del futuro, en contraste con la simetría temporal, donde no…

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    En su estudio, Feng y Crooks han desarrollado un método par medir con precisión la “asimetría temporal” (lo cual se refiere a nuestra idea intuitiva de tiempo, de que el pasado difiere del futuro, en contraste con la simetría temporal, donde no…

  5. Carolina

    ¿En un estudio de Physical Review Letters? Que yo sepa, PRL no hace investigación por sí misma, es solo una revista (la más importante, probablemente) que publica artículos que han sido desarrollados por investigadores en universidades y centros de investigación en cualquier lado.

  6. Doy por sobreentendido que cuando se refiere a una revista, no es la revista la que hace la investigación, sino la que lo publica, más cuando se habla de las universidades a las que pertenecen Feng y Crooks. En cualquier caso lo he cambiado para evitar malentendidos.

    Gracias, un saludo

  7. [...] | Ciencia kanija Articulos RelacionadosLa NASA aplaza la misión para explorar la atmósfera de MarteNASA prorroga [...]

  8. relojero

    Creo que en cuántica sí que existen casos en los que se viola la simetría temporal (y por tanto habría flecha del tiempo) ¿no?. Como por ejemplo, en la desintegración de los kaones, que es más rápida en un sentido que en otro.
    Parece que lo que se conserva es la simetría CPT así, toda junta. Cuando se viola la CP también se viola la T.

    Saludos.

  9. El tiempo no se mueve, solo hacía adelante, eso corresponde a una visión simplificada, reduccionista, vulgar. El tiempo se mueve en la dirección que se mueve la materia, y fundamentalmente en la dirección cuantizada del electrón, dispuesta al cambio o al movimiento recíprocamente, enlazado al espacio/tiempo, se comprime y se estira, razón fundamental de la relatividad.

    • Tritio

      ¿Comoooooorrrrr?

    • daniel plans

      Se nota que eres físico como yo o has leído mucho de estos temas. Tienes toda la razón. Yo como físico y he pensado a veces en el tema del tiempo , simplemente el tiempo es un forma de medir la energía, es decir el movimiento, pero no hace falta apoyarse ni siquiera en la relatividad. El tiempo, es un concepto erróneo de la humanidad. Lo hemos considerado siempre independiente de las demás magnitudes medibles de la naturaleza hasta que llegó Einstein. Pero si te fijas, lo que empezó el hombre a llamar tiempo y definir fué por el concepto del día y la noche, los días del año y en realidad , ese tiempo , periodos de rotación , son así y miden lo que miden debido a las energías de rotación de la Tierra respecto a su eje de rotación y respecto al Sol. Esas energías que tienen son debidas a las interacciones que hay entre Tierra-Sol-otros planetas. Ya que las interacciones son simplemente intercambios de energía entre cuerpos. Se puede decir que el tiempo depende de las energías del sistema que analizamos. Se podría pues decir que el tiempo es una forma de medir la energía de un sistema y que una interacción externa que modifique su energía también modifica su tiempo ( tiempo propio según la relatividad)
      No es necesaria la teoría de la relatividad de Einstein para darse cuenta de estas cosas. Solo observar la naturaleza y buscar la verdad disfrutando de ella.

  10. Turok

    Einstein lo dejó bien claro.El tiempo no existe.No existe eso de pasado, presente y futuro.Es una mera creación de nuestra mente.Asi que el tiempo no puede ser visto más que como una dimensión(que se puede contraer o dilatar)y que sirve para medir eventos o sucesos en la naturaleza.Claro que la denominada “Flecha del Tiempo”, está tan incrustada en nuestro imaginario, que es muy difícil desprenderse de la noción de que el tiempo “va hacia adelante”, y en consecuencia hay una pasado y un futuro.Por cierto, no me queda más tiempo.Ciao.

  11. Manlio E. Wydler

    En mi Cosmogonía el cambio de entropía acaba en la zona del caos en los límites exteriores de la expansión , donde aparece el cambio de estado propia del caos o límite desde allí, salvo la gravedad, todo vuelve a aparecer, entre ellas el tiempo , la entropía de cero volverá a crecer hasta el Big Crunch-Big Bang “siguiente”. Los ciclos en retracción ( Antimateria) y expansivos( Materia)tiene sus propios tiempos, con alguna peculiaridad que seguro , no es la que pensaron, salvo que piensen en un detalle….

  12. fredy Gracias

    todo lo que hablan en cuanto a la ciencia y todas esas cosas sólo confunden a las personas pero les diré algo muy especifico se están olvidando de lo que dice la biblia la palabra de Dios, dice que él creo los tiempos, él creo el principio y el fin,él es el Alfa y Omega.El señor hace detener el sol, y salir el sol sobre Buenos y malos, el hace llover y hace detener la lluvia y también sabe tu futuro y el de todos reciban a Jesucristo como el único salvador de sus vidas y él les mostrará el futuro. …

    • Estimado Fredy:

      Respetando tus creencias y pensamientos, es lógico pensar que emites tus palabras con la mejor intención, Sin embargo, no parece que sea este el lugar más indicado para hacer proselitismo, o, tratar de convencer a los demás tratando de llevarlos hacia tus creencias que, son muy respetables pero, son las tuyas.

      No es este el lugar más adecuado para hacer esos ejercicios, ni tampoco para exponer aquí esos puntos de vista que, nada tienen que ver con la Ciencia ni con los temas aquí tratados.

      Un gran filósofo decía: “Cuanto más profundizo en la Ciencia, más me aljo de Dios”.

      Él quería significar que, la Cienca, es divergente con la Religión, toda vez que, ésta exige la demostración y aquella sólo la fe.

      Un cordial saludo y, a predicar… ¡A otra parte!

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