Un grupo internacional de físicos concluye en una reciente investigación publicada en la revista Communications Physics que los sistemas cuánticos que evolucionan en una u otra dirección temporal también pueden encontrarse evolucionando el unísono a lo largo de ambas direcciones. Esta propiedad que muestran los sistemas cuánticos en determinados contextos rompe con la concepción temporal clásica, en la cual solamente es posible avanzar o retroceder en el tiempo.

El trabajo, realizado por científicos de las universidades de Bristol (Reino Unido), Viena (Austria), las Islas Baleares (España) y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI-Viena), demuestra que el límite entre el tiempo que avanza y retrocede puede difuminarse en la mecánica cuántica. Según una nota de prensa de la Universidad de Bristol, el nuevo estudio obliga a repensar cómo se manifiesta el flujo del tiempo en contextos en los cuales las leyes cuánticas cumplen un papel fundamental.

¿Siempre en una única dirección?

En 1927, el astrónomo británico Arthur Eddington empleó la expresión “flecha del tiempo” para indicar su propiedad unidireccional en el marco de la segunda ley de la termodinámica: para el científico, la flecha del tiempo es una condición exclusiva de la entropía y no registra equivalencia en el espacio. La entropía mide el grado de organización de un sistema en equilibrio y marca su carácter irreversible: la entropía o el desorden siempre tienden a incrementarse con el tiempo.

Sin embargo, tanto este nuevo estudio como investigaciones previas han demostrado que la idea de flecha del tiempo o la evolución temporal clásica no son conceptos absolutos, sino más bien relativos. Ahora, los investigadores han demostrado que, bajo determinadas circunstancias, los sistemas cuánticos pueden avanzar a lo largo de dos flechas de tiempo opuestas, tanto hacia adelante como hacia atrás en el tiempo.

La entropía y su rol

El elemento central de esta demostración sería la entropía. Si un fenómeno produce una gran cantidad de entropía, su inversión en el tiempo es esencialmente imposible. Sin embargo, si la cantidad de entropía producida es menor, existe una probabilidad concreta de observar la inversión temporal del fenómeno.

Mientras habitualmente pensamos que en la naturaleza el tiempo siempre tiende a avanzar en una única dirección, o sea del pasado hacia el presente y del presente hacia el futuro, en los sistemas cuánticos con baja entropía este concepto puede romperse. Los físicos lo muestran claramente con un ejemplo de la vida cotidiana: cuando colocamos la pasta de dientes en el cepillo cada mañana, no pensamos que pueda regresar al tubo. Sin embargo, si una pequeña cantidad de pasta no pasa al cepillo de dientes, es muy probable que la veamos volver al tubo, reabsorbida por la descompresión.

Un fenómeno similar sucedería en un nivel cuántico, cuando la entropía producida es lo suficientemente pequeña. Como la física cuántica admite también superposiciones entre los procesos de avance y retroceso temporal, la flecha del tiempo se volvería indefinida en el reino de la mecánica cuántica.

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El observador y la superposición cuántica

Incluso, en estudios anteriores se ha analizado el papel que cumpliría el observador en estos fenómenos, que podría determinar en parte la evolución de la flecha del tiempo. Esto no es tan extraño o absurdo si tenemos en cuenta que las partículas elementales pueden estar en varios lugares a la vez y poseer simultáneamente dos o más estados (superposición cuántica) o viajar por el espacio sin seguir la línea temporal clásica.

Aunque el tiempo es considerado habitualmente como un parámetro que tiende a aumentar en forma permanente, el nuevo estudio muestra que las leyes que gobiernan su flujo en contextos de mecánica cuántica son claramente más complejas. Además del impacto en concepciones filosóficas y científicas sobre el tema, los investigadores también señalan una aplicación práctica del descubrimiento: en termodinámica, utilizar un sistema cuántico con una superposición de flechas de tiempo podría ofrecer ventajas comparativas en el rendimiento de máquinas térmicas y refrigeradores.

Referencia

Quantum superposition of thermodynamic evolutions with opposing time’s arrows. Rubino, G., Manzano, G. and Brukner, Č. Communications Physics (2021). DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-021-00759-1

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