¿Por qué no podemos viajar al pasado?

Mira, no somos totalmente ignorantes sobre el tiempo. Sabemos que la dimensión del tiempo está entretejida con las tres dimensiones del espacio, creando un tejido cuatridimensional para el Universo. Sabemos que el paso del tiempo es relativo; dependiendo de tu marco de referencia, puedes deslizarte hacia el futuro tan suavemente como quieras. (Sólo hace falta acercarse a la velocidad de la luz o acercarse a un agujero negro, pero eso son problemas menores de ingeniería, no de física).

Pero hasta donde podemos decir, no podemos invertir el flujo del tiempo. Todas las pruebas indican que viajar al pasado está prohibido en nuestro Universo. Cada vez que intentamos inventar una máquina del tiempo, aparece alguna regla aleatoria del Universo y nos aparta la mano del tarro de galletas temporal.

Y sin embargo, no tenemos ni idea de por qué. Las razones parecen realmente aleatorias; no hay nada fundamental que podamos señalar, ninguna ley o ecuación o concepto que explique definitivamente por qué no debes viajar al pasado. Y eso es bastante frustrante. Es obvio que el Universo nos está diciendo algo importante… sólo que no sabemos qué está diciendo.

Adelante, mata a tu abuelo

Hay todo tipo de debates filosóficos a favor y en contra de la posibilidad de viajar en el tiempo. Tomemos, por ejemplo, la famosa “paradoja del abuelo”. Digamos que construyes una máquina del tiempo y viajas al pasado. Encuentras a tu propio abuelo y lo matas a tiros (no sé por qué, pero sigue mi ejemplo). Pero espera… si tu abuelo está muerto, significa que no puede ser tu padre, lo que significa que tú nunca has existido. Entonces, ¿cómo regresaste en el tiempo para hacer el horrible acto?

Tal vez, sin embargo, el viaje en el tiempo al pasado está, de hecho, permitido, pero tus acciones están limitadas. Tal vez el pasado ya existe y está completamente grabado en piedra. Lo que ha sucedido simplemente ha sucedido. Si tuvieras la capacidad de viajar en el tiempo y de hacer monerías con el pasado, entonces el pasado ya debería codificar esos actos: nada es nuevo, porque está literalmente en el pasado. Así que no puedes matar a tu abuelo porque nunca lo has hecho, pero podrías ser el extraño que le organiza una cita a ciegas con la abuela.

Tal vez, el tiempo ni siquiera existe, amigo. Tal vez es una construcción de nuestra conciencia humana como una forma de organizar y sincronizar nuestras entradas sensoriales. Tal vez estamos imponiendo alguna noción preconcebida profunda y fundamental en un Universo que no le importa, y por lo tanto toda esta discusión es discutible.

Todo esto es parte de discusiones muy legítimas de la filosofía. Pero veamos si la física puede tomar una oportunidad. Después de todo, si pudiéramos (incluso en teoría) construir una máquina del tiempo, eso resolvería muchas apuestas nocturnas en los bares.

Entonces, ¿podemos?

Curvas cerradas de tiempo

Los físicos utilizan un lenguaje muy particular cuando intentan construir máquinas del tiempo: el lenguaje de la gravedad, que nos dio el propio Albert en forma de relatividad general. Y es que el lenguaje de la gravedad, tal y como se interpreta en la RG, es una historia de flexión y deformación del espaciotiempo. La RG es una teoría del movimiento en nuestro Universo y de cómo ese movimiento está ligado al tejido cuatridimensional subyacente del espaciotiempo.

En la RG, la materia le dice al espaciotiempo cómo curvarse, y la curvatura del espaciotiempo le dice a la materia cómo moverse.

Para determinar si podemos construir una máquina del tiempo, los físicos quieren saber si es posible construir un espaciotiempo -encontrar una disposición particular y peculiar de la materia- que permita viajar al pasado.

El objetivo es encontrar “curvas cerradas de tiempo”, o CTC.

“Curva” significa exactamente lo que crees que significa: un camino a través del espacio y el tiempo. “Como el tiempo” significa que no se puede hacer trampa: en ningún momento se puede viajar más rápido que la luz. “Cerrada” significa que la curva se reencuentra consigo misma-imagina que viajas en una dirección, siempre avanzando, nunca superando la velocidad de la luz. Sin embargo, al final de tu viaje, descubres que has llegado a tu propio pasado.

Eso es una máquina del tiempo. Eso es un CTC.

Lo extraño es que los CTCs existen. A lo largo de las décadas hemos conseguido descubrir muchas soluciones de la relatividad general que permiten viajar en el tiempo hacia atrás:

  • El (in)famoso matemático Kurt Gödel (sí, ese Kurt Gödel) descubrió que si un universo está lleno de polvo uniforme que gira lentamente, se pueden encontrar trayectorias en ese universo que acaban en su propio pasado.
  • Conoces los agujeros de gusano, ¿verdad? ¿Esos atajos a través del espacio? También pueden actuar como máquinas del tiempo. El truco es tomar un extremo del agujero de gusano y mantenerlo quieto. Luego tomar el otro y acelerarlo cerca de la velocidad de la luz. Mantenlo a esa velocidad durante el tiempo que quieras. Ahora lleva ese extremo de vuelta al original. Los dos extremos del agujero de gusano ya no tienen relojes sincronizados debido a los efectos de dilatación del tiempo del viaje a una velocidad cercana a la de la luz. Como un extremo está en el pasado del otro, puedes entrar y viajar hacia atrás en el tiempo.
  • Supongamos que tienes un cilindro infinitamente largo (tal vez lo compraste en tu tienda local de artículos para el hogar). Gira ese cilindro hasta casi la velocidad de la luz. Si sigues una trayectoria cuidadosa, en forma de sacacorchos, alrededor del cilindro giratorio, entonces, caramba, acabarás en el pasado.
  • El interior de un agujero negro en rotación es un lugar bastante interesante, donde las contracorrientes de las fuerzas gravitacionales y centrífugas se encuentran para abrir una garganta en el centro de un agujero negro, creando la posibilidad de los CTC.

Fallos en el tiempo

Hay más ejemplos, pero creo que se entiende lo esencial. Todo esto es muy tentador. El lenguaje sencillo de la RG -la misma teoría que ha sido probada una y otra vez durante un siglo- ¡prevé la existencia de máquinas del tiempo!

En circunstancias muy especiales, demasiado especiales.

Las observaciones del fondo cósmico de microondas, restos de luz de cuando el Universo tenía sólo 380.000 años, revelan que nuestro cosmos no gira. Los cilindros infinitamente largos no existen. El interior de los agujeros negros arroja singularidades, lo que nos indica que la matemática de la RG se rompe y no se puede confiar en ella. ¿Y los agujeros de gusano? Son terriblemente inestables. Un solo fotón que pase por la garganta de un agujero de gusano hará que se colapse más rápido que la velocidad de la luz. Los intentos de estabilizar los agujeros de gusano requieren materia exótica (es decir, materia con masa negativa, que no existe), por lo que su existencia es tan discutible como el propio viaje en el tiempo.

Este es el punto en el que los físicos se ponen nerviosos. La relatividad general nos dice exactamente dónde se puede permitir el viaje en el tiempo hacia el pasado. Pero cada uno de los ejemplos tropieza con otros problemas que no tienen nada que ver con las matemáticas de la RG. No hay consistencia, ni coherencia entre todos estos golpes. Es sólo una regla al azar por aquí, y otro hecho al azar por allá, ninguno de ellos relacionado con la RG o entre sí.

Si la incapacidad de viajar en el tiempo fuera una parte fundamental de nuestro Universo, se esperaría una física igualmente fundamental detrás de esa regla. Sin embargo, cada vez que descubrimos un CTC en la relatividad general, encontramos alguna razón por la que es imposible (o al menos, inverosímil), y la razón parece ad hoc. No hay nada que vincule ninguna de las explicaciones de “no hay viaje en el tiempo para ti”.

¿Qué está pasando?

La flecha del tiempo está atascada.

Dado que no estamos haciendo ningún progreso (juego de palabras) en la construcción de CTC en la relatividad general, parece que el viaje en el tiempo hacia el pasado está prohibido. Pero demostrarlo realmente es algo totalmente distinto. Necesitamos alguna orientación de otros campos de la física para poder explicar por qué el tiempo parece moverse siempre en una dirección, por qué el tiempo tiene una flecha.

Nuestro primer instinto es recurrir a la física de partículas fundamental, porque… bueno… es fundamental. Pero ahí se acumulan nuestras frustraciones y comienzan las migrañas. Esto se debe a que casi todas las interacciones en la física de partículas (y de hecho, en casi toda la física) son perfectamente simétricas en el tiempo.

Si chocamos dos partículas subatómicas y vemos cómo se producen los fuegos artificiales, éstos implican que otras partículas salgan volando en direcciones aleatorias. Pero esas interacciones son igual de felices si se producen a la inversa: las “otras” partículas pueden convertirse en los insumos, chocando entre sí y creando las partículas originales, que luego salen volando. La reacción “hacia adelante” y la reacción “hacia atrás” son igualmente preferibles.

En resumen, la física subatómica no tiene flecha del tiempo.

Puedes ampliar esto a la física macroscópica, también. Digamos que tomo un vídeo de una bola blanca golpeando una bola ocho y te lo reproduzco. ¿Estás viendo lo que pasó (la bola blanca golpeando la bola 8) o estás viendo un vídeo invertido de la bola 8 golpeando la bola blanca? Sin otra información, no puedes notar la diferencia.

¿Qué tal otra? Grabo un vídeo en el que lanzo una manzana al aire y la cojo, pero empiezo a grabar en el momento en que la manzana sale de mi mano y dejo de grabar en el instante en que vuelve a tocarla. ¿Sería capaz de distinguir entre la reproducción hacia delante y hacia atrás? No lo creo.

Hasta donde podemos decir, la física fundamental no se preocupa por el tiempo. Y sin embargo, aquí estamos, experimentando un flujo del pasado al futuro y pasando un buen… tiempo.

Limpia tu habitación

Hay una cosa que parece preocuparse por el tiempo. En realidad, dos. Ciertas interacciones de la fuerza nuclear débil parecen violar la simetría del tiempo, pero son bastante raras e infrecuentes (especialmente comparadas con todas las interacciones que involucran a las otras fuerzas de la naturaleza). Además, están muy, muy desconectadas de nuestra experiencia habitual del “tiempo” tal y como lo entendemos, por lo que no parecen contener el secreto del viaje en el tiempo.

Y luego está la entropía. Oh, chico, la entropía.

Los sistemas tienden a pasar de ordenados a desordenados, y es a través del poder abrumador de las estadísticas en bruto.

¿Cuántas maneras hay de tener un dormitorio perfectamente limpio y organizado? Sólo una. Toda la ropa bien doblada y guardada. Ni una sola mota de polvo en la cómoda. Las sábanas colocadas en su sitio. Un lugar para cada cosa y cada cosa en su lugar. Si quieres limpiar tu habitación, así debe ser.

¿Cuántas formas hay de tener una habitación desordenada y sucia? Incontables. Cajas de pizza bajo la cama. Calcetines desparramados con abandono. Arrugas en las sábanas. Adelante, ponte creativo, intenta contar todas las formas posibles en las que un dormitorio puede ser un choque de trenes.

Ahora coloca a un niño pequeño demasiado azucarado en su dormitorio y dile que hay caramelos escondidos en algún lugar. Espera 15 minutos. ¿Cómo crees que quedará la habitación? Sí, no muy bonita. Claro, es posible que el niño deje la habitación perfectamente limpia y organizada. Pero sólo hay una forma de hacerlo, en contraste con los trillones de formas en que el niño podría desordenar la habitación.

Esto es entropía, que no es más que una forma de contar el número total de estados que dan lugar a la misma situación general. Una habitación limpia tiene menos entropía que una desordenada, por lo que es más probable encontrar un desastre cuando el niño termine, simplemente por los números.

Todas las moléculas de aire de la habitación en la que estás sentado podrían acumularse espontáneamente en una esquina, dejándote boquiabierto en el vacío sin aire. No hay absolutamente ninguna ley física que impida esa posibilidad. Pero el número de formas en que las moléculas de aire pueden acumularse en una esquina es mucho menor que el número de formas en que pueden dispersarse por la habitación. Las moléculas de aire son cuatrillones de cuatrillones de cuatrillones de cuatrillones más probables de llenar una habitación, por lo que no nos preocupamos por la asfixia.

Cuando dejamos que los sistemas evolucionen (dormitorios, motores de coches, el Universo), la entropía siempre aumenta. Cuando todas las pequeñas partes de un sistema empiezan a interactuar, tienen muchas más opciones en una configuración de alta entropía que en una de baja entropía.

Esto también se conoce como la Segunda Ley de la Termodinámica, por si te lo estabas preguntando.

Todo es caos

Ah-ha! ¿Es esto? Con la Segunda Ley tenemos un ejemplo genuino de una “flecha” que aparece en la física. Todas las interacciones moleculares que se producen en tu habitación -todas esas innumerables pequeñas colisiones- no podrían preocuparse por el tiempo. Cada interacción es simétrica en el tiempo y, sin embargo, la suma total del comportamiento colectivo de un sistema siempre va de baja entropía a alta entropía. Tenemos aquí un caso de flecha asimétrica que surge en los sistemas macroscópicos a partir de todas las interacciones simétricas que se producen a escala microscópica.

Entonces, ¿está la entropía relacionada con el tiempo? ¿Está nuestra experiencia del tiempo basada en la Segunda Ley?

Suspiro.

No lo sabemos. Ciertamente no es una idea nueva, la conexión se propuso a mediados del siglo XIX casi tan pronto como descubrimos la entropía misma.

La Segunda Ley es fundamentalmente de naturaleza estadística. Claro, nunca, nunca hemos observado una violación de la misma, porque la diferencia entre los estados de alta y baja entropía es tan escandalosamente apilada a favor de la alta entropía. Tendríamos que esperar trillones de vidas del Universo, por ejemplo, para que todas las moléculas de aire de tu habitación saltaran a la esquina simultáneamente. Lo cual es tranquilizador, por supuesto, pero todavía se siente un poco asqueroso basar algo tan fundamental como la flecha del tiempo en un proceso estadístico.

Resulta que la física no ha podido aportar tanto a esta discusión como esperábamos. En lo que respecta a la entropía, no hemos producido mucho más que un “oye, qué interesante coincidencia”. Sólo un número considerable de nueva jerga y más preguntas que respuestas. En última instancia, puede que algún día seamos capaces de construir una máquina del tiempo teórica, un CTC que no esté prohibido. Tal vez nos demos cuenta de que podemos construir agujeros de gusano, o revisemos el ático y encontremos ese cilindro infinitamente largo que hemos estado buscando.

Tal vez podamos demostrar un vínculo firme entre el paso del tiempo y el aumento de la entropía. O tal vez encontremos alguna inspiración, alguna pista dentro de algún conocimiento futuro de la física que codifique una flecha del tiempo.

Esto es lo que hace que el viaje en el tiempo sea tan intrigante. No importa cuál sea la respuesta, tenemos que aprender nueva física. Y no podemos esperar a llegar allí.

Michael Rojas

Michael Rojas

Me convertí en un entusiasta de la tecnología a finales de 2012, y desde entonces, he estado trabajando para publicaciones de renombre en toda América y España como freelance para cubrir productos de empresas como Apple, Samsung, LG entre otras. ¡Gracias por leerme! Si deseas saber más sobre mis servicios, envíame tu consulta a michaelrojas@elenbyte.com.

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