?El tiempo avanza porque el universo se expande?

Para entender esta pregunta debo hacer que reflexionemos sobre cada uno de los conceptos que aparecen. El primero es el tiempo. Seg¨²n la acepci¨®n m¨¢s relevante para este contexto del diccionario de la RAE, el tiempo es la ¡°magnitud f¨ªsica que permite ordenar la secuencia de los sucesos, estableciendo un pasado, un presente y un futuro, y cuya unidad en el sistema internacional es el segundo¡±. Si nada evolucionase no podr¨ªamos concebir el paso del tiempo. Lo m¨ªnimo que necesitamos para hablar del paso del tiempo es un reloj que lo mida, y los tics de un reloj en un universo que por lo dem¨¢s estuviera vac¨ªo ya implicar¨ªan cierto cambio: una aguja que se est¨¢ moviendo. Por lo tanto, no tiene sentido hablar de tiempo sin cambio, tenemos un flujo del tiempo.

Adem¨¢s, el tiempo no solo fluye, sino que siempre avanza. Esto se conoce como la flecha del tiempo. Sabemos reconocer cuando estamos reproduciendo los fotogramas de una serie hacia detr¨¢s o hacia delante porque una copa que se rompe en mil pedazos no se recompone de forma espont¨¢nea. Esto es algo que sentimos como cierto. Nos acordamos del pasado y so?amos con el futuro. A esta flecha del tiempo se le conoce como flecha del tiempo psicol¨®gica.

Por otro lado, la teor¨ªa que nos permite estudiar la evoluci¨®n del universo es la relatividad general. Esta teor¨ªa se formula entendiendo que el tiempo no puede comprenderse como totalmente independiente del espacio, sino formando el espacio-tiempo en el que se encuentran todos los sucesos que han tenido y tendr¨¢n lugar. El tiempo ser¨ªa casi como una dimensi¨®n m¨¢s de este bloque de cuatro dimensiones, aunque algo distinta de las espaciales. Pero ?c¨®mo sabemos cu¨¢l es el sentido en el que evoluciona el tiempo en este bloque espacio-temporal?

El tiempo no puede comprenderse como totalmente independiente del espacio, sino formando el espacio-tiempo en el que se encuentran todos los sucesos que han tenido y tendr¨¢n lugar

El universo se expande. Las galaxias se alejan de nosotros y cada vez estar¨¢n m¨¢s lejos. Esto sucede porque el espacio que llenamos y que las separa se est¨¢ estirando. El universo se expande desde su m¨¢s tierna infancia, por lo que antes las galaxias estaban m¨¢s juntas (o la materia que las form¨®) y la temperatura del universo era mayor. La expansi¨®n c¨®smica es un cambio constante que se puede utilizar para definir la direcci¨®n del tiempo y, de hecho, la flecha del tiempo cosmol¨®gica es la que considera que podemos definir la direcci¨®n del tiempo como aquella en la que el universo se expande. Seg¨²n esta flecha del tiempo en cierto modo la respuesta a tu pregunta es s¨ª, el tiempo avanza porque el universo se expande. Si pens¨¢ramos en un universo que no evolucionara, el tiempo no avanzar¨ªa. Pero, si el universo empezara a contraerse, lo que no parece que vaya a ser el caso del nuestro, la flecha del tiempo cosmol¨®gica se invertir¨ªa. Por lo tanto, llevando a sus ¨²ltimas implicaciones esta l¨ªnea de pensamiento, el universo siempre se expandir¨ªa por haber elegido esta flecha del tiempo.

Esta no es la ¨²nica flecha del tiempo que podemos considerar desde la f¨ªsica. La flecha del tiempo termodin¨¢mica es probablemente la m¨¢s conocida y la que encaja de una forma m¨¢s directa con nuestra intuici¨®n. La mayor¨ªa de las leyes de la f¨ªsica son sim¨¦tricas bajo inversiones temporales, es decir, una vez formuladas parecer¨ªan poder aplicarse igualmente teniendo en cuenta que el tiempo fluye hacia el futuro o, por el contrario, asumiendo que va hacia el pasado. Sin embargo, cuando hablamos de sistemas f¨ªsicos macrosc¨®picos esto ya no es as¨ª, en particular cuando sufren procesos irreversibles.

La flecha del tiempo termodin¨¢mica se basa en la observaci¨®n de que el aumento en aleatoriedad de un sistema aislado no se va a deshacer de forma espont¨¢nea, es decir, es irreversible

La flecha del tiempo termodin¨¢mica se basa en la observaci¨®n de que el aumento en aleatoriedad de un sistema aislado no se va a deshacer de forma espont¨¢nea, es decir, es irreversible. Este aumento de aleatoriedad se relaciona con un aumento de la entrop¨ªa de un sistema y nos proporciona una forma de determinar la direcci¨®n en la que avanza el tiempo. As¨ª, la segunda ley de la termodin¨¢mica, seg¨²n la cual la entrop¨ªa de un sistema aislado nunca decrece, rompe la invariancia temporal de las leyes de la f¨ªsica para sistemas macrosc¨®picos que sufren procesos irreversibles.

Por supuesto deber¨ªamos esperar que el tiempo no fluya en un sentido u otro dependiendo de la rama de la f¨ªsica que estemos considerando. Para que la flecha del tiempo termodin¨¢mica sea compatible con la flecha del tiempo cosmol¨®gica, el universo en su infancia debi¨® estar en un estado de muy baja entrop¨ªa, desde el que evolucion¨® expandi¨¦ndose. No hay un consenso sobre la raz¨®n por la que el estado inicial del universo ten¨ªa una entrop¨ªa tan baja, me atrever¨ªa a decir que ni siquiera lo hay sobre si tenemos que buscar un porqu¨¦.

Por otro lado, podr¨ªa parecer que estas dos flechas del tiempo ser¨ªan incompatibles en modelos de universo que empezaran a contraerse en un momento dado. Sin embargo, se ha argumentado que este no ser¨ªa necesariamente el caso si el estado final del universo despu¨¦s de la contracci¨®n tambi¨¦n fuera de muy baja entrop¨ªa y la flecha termodin¨¢mica tambi¨¦n se invirtiera al iniciar la contracci¨®n. Afortunadamente, el hecho de que nuestro universo se est¨¦ expandiendo de forma acelerada hace poco probable que en el futuro vaya a comenzar una fase de contracci¨®n. As¨ª evitar¨ªamos una inversi¨®n de las flechas del tiempo que nos hiciera ir perdiendo recuerdos en lugar de acumularlos.

Prado Mart¨ªn Moruno es doctora en F¨ªsica, investigadora y profesora contratada doctora del Departamento de F¨ªsica Te¨®rica de la Universidad Complutense de Madrid.

Pregunta enviada por Jos¨¦ D¨ªaz.

Coordinaci¨®n y redacci¨®n: Victoria Toro

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