Derivando la flecha del tiempo

Formula de Wheeler-DeWitt

Las leyes de la física no tienen una dirección del tiempo preferida, a menos que tengas en cuenta la cosmología cuántica.

La humanidad ha luchado desde hace tiempo con la naturaleza del tiempo. En el último siglo los físicos quedaron impactados al descubrir que la flecha del tiempo no puede ser derivada a partir de las leyes de la física las cuales parecen perfectamente simétricas. Para cada solución de t, parece haber una solución igualmente válida para -t (excepto en unos pocos casos que involucran a la fuerza débil en cuyo caso la simetría es más compleja, implicando carga, paridad y tiempo).

A primera vista esto parece desconcertante. Pero tras unos años de reflexión, la mayor parte de los físicos concuerdan en que es perfectamente posible que las leyes simétricas den origen a fenómenos asimétricos. Los físicos han identificado un número de tales fenómenos asimétricos que representan “flechas del tiempo”, dice Claus Kiefer del Instituto de Física Teoríca en Colonia, Alemania.

Tal vez la más famosa sea la flecha del tiempo termodinámica en la cual la entropía de un sistema cerrado siempre debe incrementarse. Pero existe también una flecha del tiempo mecánico cuántica en la cual la dirección preferida está determinada por la decoherencia y una flecha gravitatoria en la que la dirección preferida está determinada por el colapso gravitatorio.

“Lo peculiar de este hecho es que la dirección del tiempo de los fenómenos siempre es la misma”, dice Kiefer. Es casi como si la flecha del tiempo estuviese predeterminada de alguna forma. “La cuestión generada por la presencia de todas estas flechas es si hay una flecha maestra común detrás de todas ellas”, pregunta.

¿Qué ley maestra podría ser la responsable? La conjetura de Kiefer es que la dirección del tiempo surge cuando se aplica la mecánica cuántica al universo en su conjunto, una rama de la ciencia conocida como cosmología cuántica.

En el centro de esta idea está la ecuación de Wheeler-DeWitt que describe el estado cuántico del universo como un todo, incluyendo tanto los estados gravitatorios como los no gravitatorios.

Esta ecuación no contiene ningún parámetro que sea equivalente a nuestra noción clásica de tiempo. En la formulación de Wheeler-DeWitt, el espacio-tiempo no existe en un sentido clásico y las partículas no tienen trayectorias tradicionales en dicho espacio-tiempo, así como las partículas no tienen trayectorias tradicionales en la mecánica cuántica común. En lugar de esto, toda la información del universo está codificada en una función de onda.

Entonces, ¿cómo podría surgir una flecha del tiempo? Aunque el universo está considerado como homogéneo en primer grado, no hay una dirección del tiempo preferida, dice Kiefer. Pero demuestra que cuando se tienen en cuenta las pequeñas inhomogeneidades, surge una simetría en esta función de onda.

Incluso dice que con una pequeña elaboración, esta idea podría aplicarse a una flecha del tiempo en el multiverso.

Lo que no logra hacer, no obstante, es proporcionar una forma de probar esta idea. No hay forma de determinar experimentalmente si la formulación de Wheeler-DeWitt es realmente el origen de la flecha del tiempo.

Por supuesto, éste es un fallo común en la mayor parte de ideas sobre la cosmología cuántica (por no mencionar la cosmología en general). Y hasta que los físicos encuentren una forma de podar sus ideas sobre el tiempo con los datos experimentales, simplemente podemos maravillarnos de su creatividad.


Artículo de referencia: arxiv.org/abs/0910.5836 : Can the Arrow of Time be Understood from Quantum Cosmology?

Fecha Original: 3 de noviembre de 2009
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Comments (5)

  1. [...] Derivando la flecha del tiempo [...]

  2. Me parece que el experimento de la doble rendija de la mecanica cuantica es un ejemplo de distinguibilidad en la flecha del tiempo:

    Cuando el cañon bien calibrado lanza electrones se obtienen un diagrama de interferencia en los receptores reciviendose electrones provenientes de ese cañon. Invirtiendo el tiempo, si se emiten N electrones con la misma incertidumbre que los recividos desde la pantalla no todos serian recogidos en el cañon.
    Es decir, si el universo “se computara” de atras hacia adelante seria distinto y como solo puede de ser de una forma, tendria que ser computada en un unico sentido, en la flecha del tiempo.

    Saludos

  3. José Luis

    El último párrafo me parece que describe muy bien lo que es la realidad de la investigación científica.

    • Leviatán

      José Luis, confío en que tu comentario sea referido a la Cosmología, con el que estaría de acuerdo, y no a la “investigación científica”, así, en general.

      Kanijo : en el mencionado párrafo final te has omitido [sobre al tiempo] :
      … prune their ideas [about time] with experimental data …

      saludos

    • Sagutxo

      El último párrafo lo que describe muy bién es el estado de algunos físicos teóricos en el campo de la Cosmología. Y tal como dice la frase omitida, será necesario reducir o ir descartando algunas teorías sobre el tiempo mediante el contraste con datos experimentales. Los experimentos son a las teorías cosmológicas como la selección natural a las especies; solo las teorías apoyadas con datos experimentales sobrevivirán.

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