Según un Nuevo Experimento, la Flecha del Tiempo no es tan Absoluta

El tiempo es una propiedad tan básica de nuestro universo físico que parece que se definiría fácil y claramente en cualquier modelo de física. Sin embargo, si se examina con más detenimiento, el tiempo es una propiedad difícil de precisar y delimitar, y nuestras concepciones "de sentido común" del tiempo pueden no ser tan fiables como podríamos suponer. En consecuencia, una cuestión muy importante y pendiente en la ciencia es: ¿qué es el tiempo?

Tanto la mecánica cuántica como la relatividad general, las dos teorías predominantes de la física moderna, coinciden en que, fundamentalmente, no hay una dirección preferida del tiempo: en la mecánica cuántica, las transformaciones e interacciones de las partículas tienen el mismo aspecto tanto si se producen "hacia delante" como "hacia atrás" en el tiempo, una propiedad conocida como simetría temporal inversa de las leyes microscópicas del movimiento (parte de la simetría CPT); y la relatividad general es famosa por fundir el "pasado", el "presente" y el "futuro" en una única variedad continua de espaciotiempo (el continuo espacial).

Con tal ambigüedad respecto a la naturaleza del tiempo procedente de nuestros dos pilares de la teoría física moderna, ¿dónde encontramos entonces un correlato físico para la direccionalidad preferida del tiempo que parece ser una forma muy observable e importante del funcionamiento del universo, al menos dentro del dominio macroscópico? La física que describe la direccionalidad preferida del tiempo proviene de las leyes de la termodinámica, donde la ley de la entropía (la descripción del orden microscópico de un sistema) produce la llamada flecha termodinámica del tiempo.

Esta noción es sencilla de entender: las cosas pasan de estar calientes a estar frías porque el calor fluye hacia los sistemas con menor temperatura hasta alcanzar el equilibrio, y lo mismo ocurre con la presión, las concentraciones de partículas, etc. Así, se observa que los sistemas van generalmente hacia el equilibrio, lo que suele ser el estado de menor energía y lo que a menudo aparece como el más desordenado; de ahí que el inevitable aumento de la entropía produzca una direccionalidad definida del tiempo.

¿Cómo se concilia entonces esta fenomenología observable de la ley de la termodinámica con la simetría microscópica de inversión del tiempo, o invariancia bajo inversión del tiempo, de la mecánica cuántica? Boltzmann, creador de la epítome constante de Boltzmann, ofreció una solución a la aparente paradoja al señalar que las condiciones iniciales rompen la simetría de inversión del tiempo de una dinámica que, de otro modo, sería reversible, un postulado que recientemente se ha confirmado cuantitativamente en la experimentación con un circuito eléctrico RC (recently confirmed quantitatively in experimentation with an electrical RC circuit).

Esquema del experimento:

Esquema del montaje experimental de la imagen anterior. (A) El calor fluye del espín caliente al frío (en el contacto térmico) cuando ambos están inicialmente desvinculados. Esto corresponde a la flecha termodinámica estándar del tiempo. Para espines inicialmente correlacionados cuánticamente, el calor se transfiere espontáneamente del espín frío al caliente. La flecha del tiempo se invierte aquí. (B) Vista del magnetómetro utilizado en nuestro experimento de RMN. Un imán superconductor, que produce un campo magnético de alta intensidad (B0) en la dirección longitudinal, está inmerso en un recipiente blindado térmicamente en He líquido, rodeado de N líquido en otra cámara separada al vacío. La muestra se coloca en el centro del imán dentro de la bobina de radiofrecuencia del cabezal de la sonda dentro de un tubo de vidrio de 5 mm. (C) Secuencia de pulsos experimentales para el proceso de termalización parcial. El círculo azul (rojo) representa las rotaciones x (y) por el ángulo indicado. Las conexiones naranjas representan una evolución libre bajo el acoplamiento escalar, HJHC = (πh/2)JσzHσzC , entre los espines nucleares de 1H y 13C durante el tiempo indicado sobre el símbolo. Hemos realizado 22 muestreos del tiempo de interacción τ en el intervalo de 0 a 2,32 ms. Crédito: arXiv:1711.03323 [quant-ph]

Los investigadores explican que esto no viola las leyes de la termodinámica porque esas leyes no abordan el papel de la correlación y, de hecho, suponen que no hay correlación en el sistema. Además de la suposición de que el sistema está aislado, el aumento "normal" de la entropía del flujo termodinámico sólo se cumple cuando no hay correlación inicial de los sistemas que interactúan. El nuevo experimento ha demostrado ahora que las condiciones iniciales no sólo rompen la simetría de la inversión del tiempo, sino que también determinan la dirección de la flecha del tiempo. Como han descubierto recientemente los experimentadores, las leyes de la termodinámica siempre predecían una dirección para la flecha del tiempo porque siempre se suponía que en las condiciones iniciales de partida no había correlación entre los componentes de un sistema. Lo que el último experimento ha demostrado por primera vez es que, cuando hay correlación en los sistemas que interactúan en las condiciones iniciales, la flecha del tiempo puede parecer ir en la dirección opuesta, o "hacia atrás" en el tiempo. Desde el punto de vista termodinámico, esto equivale a que el calor fluya de un sistema frío a otro caliente, de modo que en los sistemas inicialmente correlacionados una partícula caliente se calentará más.

 

RSF en perspectiva

Estos resultados son altamente confirmatorios y apoyan la teoría principal planteada en el estudio de Haramein et al. en la publicación  Unified Spacememory Network publication, en el que Haramein, Brown y la Dra. Val Baker explican que la fuerte correlación, o entrelazamiento, es un mecanismo integral que subyace al aumento observado del orden del universo y sus subsistemas a lo largo del tiempo, en particular a las dinámicas de ordenamiento que conducen a la vida y la sensibilidad. El propio nombre, red del espaciomemoria unificada, alude a que es una descripción de los circuitos de conectividad de los sistemas entrelazados o correlacionados que conducen a la interacción simétrica en el tiempo y a una especie de red comunicativa y propiedad de memoria de la estructura cuántica del espaciotiempo.

El reciente experimento representa el descubrimiento de un verdadero fenómeno nuevo en la ciencia y debería tener importantes implicaciones para las teorías, como el postulado USN de Haramein et al., y las posibles aplicaciones tecnológicas.

Artículo: Experiment shows that arrow of time is a relative concept, not an absolute one

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