¿Dos flechas del tiempo en el ámbito cuántico?

¿Y si el tiempo, en vez de fluir en una sola dirección, del pasado al futuro, pudiera fluir también en dirección inversa, del futuro al pasado, debido a procesos que tienen lugar a nivel cuántico?. Esta es, más o menos, la fascinante posibilidad que ahora ha sido respaldada por las sorprendentes conclusiones a las que se ha llegado en un estudio reciente.

Esta investigación la han realizado Thomas Guff, Chintalpati Umashankar Shastry y Andrea Rocco, los tres de la Universidad de Surrey en el Reino Unido.

Hay casos en los que la dirección del tiempo es evidente en un fenómeno físico. Por ejemplo, en el caso cotidiano de un vaso que se vuelca accidentalmente y la leche que contiene se esparce sobre la mesa. Aquí es obvio que la dirección del tiempo forma parte de las características del fenómeno tal como lo conocemos, pues resulta evidente que si viéramos suceder esto a la inversa, como en una filmación reproducida hacia atrás, nos percataríamos de inmediato de lo anómalo del suceso. La leche de la mesa no se congrega dentro de un vaso ni este se pone de pie.

En cambio, hay procesos, como el movimiento de un péndulo, que esencialmente serían idénticos si el tiempo transcurriera en ellos a la inversa.

Lo interesante de todo esto es que, en el nivel más fundamental, las leyes de la física se parecen mucho más al péndulo que al vaso de la leche derramada.

En la física de nuestro mundo cotidiano, el tiempo fluye irreversiblemente del pasado al futuro. Sin embargo, el nuevo estudio revela que una flecha opuesta del tiempo puede surgir teóricamente de ciertos sistemas cuánticos. Las leyes de la física implicadas no favorecen intrínsecamente una única dirección del tiempo. Tanto si el tiempo discurre hacia el pasado como si lo hace hacia el pasado, las ecuaciones siguen siendo las mismas.

Recreación artística del concepto de las dos flechas del tiempo, una hacia el futuro y otra hacia el pasado. (Imagen: Amazings / NCYT)

Los autores del estudio exploraron cómo un sistema cuántico abierto interactúa con su entorno y si la percepción que a escala macroscópica tenemos de que el tiempo se mueve en una sola dirección se da también en un sistema cuántico abierto.

Para simplificar el problema, el equipo adoptó dos supuestos clave. En primer lugar, los investigadores trataron el vasto entorno que rodea al sistema de forma que solo pudieran centrarse en el propio sistema cuántico. En segundo lugar, se dio por hecho que el entorno, como ocurre con el universo entero, es tan grande que la energía y la información se disipan en él y nunca regresan. Este planteamiento les permitió examinar cómo el tiempo surge como un fenómeno unidireccional, a pesar de que, a nivel microscópico, el tiempo podría moverse teóricamente en ambas direcciones.

Incluso después de aplicar estos supuestos, el sistema se comportaba igual tanto si el tiempo avanzaba como si retrocedía. Este descubrimiento proporciona una base matemática para la idea de que la flecha del tiempo puede no ser tan fija como la experimentamos.

La investigación ofrece una nueva perspectiva sobre uno de los mayores misterios de la física. Comprender la verdadera naturaleza del tiempo podría tener profundas repercusiones para el progreso en el conocimiento de la mecánica cuántica, la cosmología y otros campos.

El estudio se titula “Emergence of opposing arrows of time in open quantum systems“. Y se ha publicado en la revista académica Scientific Reports. (Fuente: NCYT de Amazings)