¿Qué es el tiempo? Una aproximación cuántica y relativista

El tiempo sigue siendo un concepto escurridizo a pesar de que forma parte íntegra de nuestra vida. Desde que nacemos hasta que morimos estamos sometidos inexorablemente bajo el influjo del tiempo. Desde la Física sabemos que forma parte íntegra del tejido espaciotemporal, complementando las tres dimensiones del espacio. A lo largo del siglo pasado y parte de este, experimentos de diferente índole han puesto al descubierto algunas nociones acerca del tiempo que no siempre suelen encajar en nuestro modelo de pensamiento lineal y causal. En concreto hablaré de dos teorías, la relativista y la cuántica, las cuales modifican radicalmente nuestro concepto tradicional del tiempo. También algunas propuestas interesantes por parte de algunos científicos son comentadas aquí, pero la cuestión sigue abierta: el tiempo en su naturaleza esencial sigue siendo un enigma.

Isaac Newton nos proporcionó el primer modelo matemático para el tiempo y el espacio en sus Principia Mathematica publicados en el siglo XVII.

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Famosa publicación ‘Principia Matematica’ de Isaac Newton

En el modelo de Newton, el tiempo y el espacio constituían un fondo sobre el cual se producían los sucesos. El tiempo estaba desligado del espacio y acontecimientos del pasado, presente y futuro estaban colocados sobre un eje,  donde el futuro está determinado por factores causales que pertenecen al pasado. Este concepto da lugar a una concepción del tiempo lineal, el cual sigue estando profundamente anclado en la mente del hombre común. Otro resultado de la concepción newtoniana es el del tiempo absoluto, un tiempo igual y único para todos los observadores. Esta idea fue radicalmente modificada por la Teoría de la Relatividad einsteiniana, la cual acabó por derrumbar dichas nociones clásicas del tiempo y del espacio. El tiempo de los acontecimientos no puede ser etiquetado de manera única. En la Teoría de la Relatividad cada persona tiene su propia medida individual del tiempo, que depende de dónde se halla y cómo se mueve. Cada observador tendría su propio tiempo personal.

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Albert Einstein – Premio Nobel de Física 1921

Según la primera teoría acuñada por Einstein, la Teoría de la Relatividad Especial, los tiempos de dos personas que se desplazan una en relación a la otra no coinciden. Esta discrepancia crece si la velocidad de una de ellas se acerca a la de la luz. Tal efecto suena tan extraño a primera vista, que cuesta encajarlo en nuestro modelo de pensamiento cotidiano donde las velocidades con las cuales nos movemos son pequeñísimas enfrente la lumínica. Es lo que llamaríamos la paradoja de los gemelos. Un gemelo se queda en la Tierra mientras que su hermano realiza un viaje espacial hacia la estrella Alfa-Centauro, por ejemplo, a una velocidad de 240.000 km/s (la luz viaja a una velocidad aproximada de 300.000 km/s). Si para el hermano gemelo que se ha quedado en Tierra han transcurrido diez años, para nuestro viajero espacial solo han pasado seis. Está demostrado que el reloj del astronauta marcha a un ritmo más despacio en comparación al de su hermano, de tal forma que cuando regresa a la Tierra, vuelve más joven. Dicho de otra forma, es como si el viajero hubiera ido al futuro cuando se encuentra con su hermano gemelo notablemente envejecido. Es una paradoja si se piensa en términos de un tiempo absoluto, pero la cuestión es que tenemos que abandonar este concepto tradicional del tiempo. Dichos efectos lógicamente no se han comprobado con este ejemplo al menos de momento, pero sí con partículas cósmicas, como los mesones que proceden del Universo, los cuales pueden alcanzar velocidades muy elevadas. Se observó que el número de desintegraciones por hora de los mesones que llegaban a cierta altura sobre la superficie terrestre no encajaba con lo que cabría esperar; se registraba un número de “supervivientes” muchísimo mayor. Era una observación empírica de que el tiempo para dichas partículas elementales fluía más lentamente. Este efecto que acabo de explicar es la dilatación temporal. Curiosamente tampoco existe la simultaneidad a efectos absolutos. Sucesos que pueden ser simultáneos para un observador en reposo, por ejemplo, dentro de un tren (está en reposo respecto al tren que se mueve), pueden no serlo para el observador del andén que ve desde la estación como un acontecimiento sucede con anterioridad respecto al otro.

Otra aportación inestimable de Einstein es su teoría de la Relatividad General, puesta en escena en el año 1917. Tanto el espacio como el tiempo se deforman en proximidad de masas considerables o de campos gravitatorios potentes. La distribución de materia y energía en el Universo deforma y distorsiona el espacio-tiempo, de manera que ya no es plano. Los objetos intentan moverse en trayectorias rectilíneas en el espacio-tiempo, pero como este está deformado, sus trayectorias parecen curvadas: se mueven como si estuvieran afectados por un campo gravitatorio.

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Lente gravitacional donde la luz se deforma al pasar cerca de un objeto masivo produciendo un efecto similar al de una lupa.

Según esta teoría, la gravedad ralentiza el tiempo. Por ejemplo, cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro, el tiempo caso se detiene. ¡Sería una manera de evitar el proceso de envejecimiento! Por lo tanto, cerca de objetos masivos a causa de su gravedad existe una mayor lentitud en los relojes.

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Ralentizado del tiempo por efecto de la gravedad

Einstein demostró de manera análoga que todo movimiento acelerado también produce un alabeo del espacio-tiempo. Según su Principio de Equivalencia, situaciones con aceleración y otras sin aceleración pero con gravedad son equivalentes. Un ejemplo sería medir el tiempo en un aparato que gira; aumenta la aceleración cuanto más nos alejamos del centro, y por lo tanto el tiempo transcurre más lentamente. Me imagino por un momento nuestra galaxia, en cuyo centro reside un enorme agujero negro. La medida de los tiempos en diferentes lugares de la galaxia deben ser muy diferentes, por una parte debido a todo el movimiento de rotación a su alrededor, y por otra, en cercanías del agujero negro. Este es un núcleo gravitatorio giratorio que afecta ineludiblemente al flujo del tiempo.

Si ahora nos dirigimos hacia el mundo microscópico, tampoco las investigaciones acerca del tiempo nos deberían dejar indiferentes. Este tema se puede abordar  desde la Física de Partículas Elementales como desde los mismísimos fundamentos de la cuántica.  Empecemos desde la Física de Partículas. Según esta, el tiempo se comporta de forma caprichosa, pudiendo invertir su dirección. De forma experimental sabemos que desde 1932 existe la antimateria, constituida por  átomos con carga eléctrica opuesta a la materia ordinaria. Así, por ejemplo, tenemos el antihidrógeno. Si un átomo de hidrógeno consta de un núcleo formado por un único protón y un electrón alrededor, un antihidrógeno está constituido por un antiprotón y un positrón, la antipartícula del electrón. A escala de las partículas elementales, el viaje en el tiempo hacia el pasado ya ocurre. Es el caso del positrón que avanza, que se puede interpretar como si fuera un electrón que retrocede en el tiempo. De hecho, las interacciones entre las partículas y antipartículas son habituales a escala subatómica y estas se pueden representar en los diagramas de Feynman. Pero la Física a escala atómica y subatómica todavía nos sorprende más a través de los postulados de la Física Cuántica. Antes de comentar estos principios, previamente voy a hacer referencia a algún estudio muy interesante dentro del campo de la psicología transpersonal.

William Braud, director de investigación en el Instituto de Psicología Transpersonal en Palo Alto (California) afirma que ciertas influencias mentales pueden actuar retrocediendo en el tiempo, afectando en el pasado eventos que son aleatorios y que no han sido observados con anterioridad. Está demostrado que los generadores de eventos aleatorios son muy susceptibles a las influencias mentales. Estas máquinas realizan el equivalente electrónico de echar una moneda al aire, saliendo cara o cruz. Braud dice que las actividades biológicas también son influenciables por la actividad mental, como, por ejemplo, el instante primigenio de desarrollo de una enfermedad. En un momento inicial de desarrollo, llamado momento semilla, es fácil alterar las probabilidades iniciales de manifestación de los acontecimientos, como si la intención mental pudiera empujar hacia una dirección u otra el devenir de los acontecimientos. Los momentos semilla son muy sensibles a pequeñas influencias y actuar sobre ellos es más fácil en sucesos aleatorios con opciones igualmente probables. Hay que recalcar que si hubo una observación previa, la posibilidad de actuar sobre estos momentos semilla se minimiza; por ejemplo, una diagnosis previa de una enfermedad puede dificultar la actuación de una influencia mental posterior. Es como si con la diagnosis ya hubiéramos colapsado la función de onda según la interpretación de Copenhague de la Física Cuántica, o sea, es como si ya hubiéramos materializado una de las múltiples posibilidades de manifestación, dando lugar a un menor margen de actuación. Actuando sobre sucesos probabilísticos y aleatorios todavía sin observar, estaríamos como moviéndonos dentro del Principio de Superposición (que explicaré en breve), pudiendo activar con la conciencia cualquier rama de manifestación. Las posibilidades de actuación que se nos abren son infinitas. Con el pensamiento intencionado y focalizado podemos actuar sobre cualquier aspecto que queramos de nuestra vida desde el instante poderoso del presente.

Entonces la pregunta que surge es: ¿es posible alterar el pasado? Lo que sabemos por experiencia es que no se puede cambiar lo que ha sucedido ya o retroceder en el tiempo para evitar alguna de las guerras del pasado.

Pero, si de alguna manera ahora en este preciso instante realizamos un cambio significativo, automáticamente, ateniendo a la ley de causa-efecto, se altera todo lo que nos ha conducido hasta este momento presente. Por ejemplo aquí Braud comenta el caso de las remisiones espontáneas de una enfermedad terminal. Es como si se hubiera accionado una línea de evolución diferente para la enfermedad, o sea, de curación. En términos teóricos, es como si hubiéramos “saltado” a otra línea de evolución temporal entre múltiples posibles.

Parece ser que en realidad existen diferentes variantes de futuro y de pasado. Según E.A. Faidysh en lugar de una única línea de evolución, existe un amplio espectro de posibilidades o variantes de evolución, que él denomina diferentes futuros y pasados virtuales con sus correspondientes probabilidades de manifestación. Una buena metáfora de esto es la del delta de un río, compuesto de un número importante de ramificaciones y canales cada uno representante de una variante del destino. El grosor de la ramificación sería la medida de la probabilidad de que esta variante puede ser “escogida” como el próximo curso de los eventos. Faidysh recalca la libertad de elección que ahí se plantea. Esto se contrapone a la idea de un destino unívoco para la vida del hombre. Siempre hay elección, aunque haya factores que nos parezcan ser muy limitantes.

Volviendo a la Física Cuántica, en ocasiones se trasciende el mismísimo devenir del tiempo. Veámoslo con más detalle. En primer lugar, tenemos el  Principio de Superposición. En un sistema completamente aislado del exterior (para que se mantenga el estado de coherencia), este accede a muchas posibilidades simultáneamente. De hecho este principio constituye la base de la computación cuántica, donde se colocan los frágiles átomos en estados de superposición cuántica, manifestándose los llamados qubits, bits cuánticos. La ventaja de los qubits en comparación con los bits es que pueden existir en superposiciones. Si el recurso básico de la información clásica es el bit (0 y 1), los qubits, en correlación con el Principio de Superposición Cuántico pueden contener simultáneamente el 0 y el 1. Esto permite que se puedan realizar varias operaciones a la vez. Uno de los obstáculos que se habrá de superar en el campo de la información cuántica es que los átomos han de estar completamente aislados del exterior para evitar la decoherencia.

Luego, la no-localidad cuántica permite la interacción instantánea entre dos objetos que alguna vez compartieron un mismo estado cuántico. El espacio-tiempo pierde su protagonismo. Tal interacción fue comprobada por primera vez en el experimento de Alain Aspect a principios de los ochenta. Aunque se separaran dos electrones que alguna vez estuvieron en contacto hacia lugares opuestos del Universo, estos estarían unidos para siempre por una especie de conexión invisible. Alterando uno, el otro queda modificado al instante, más allá de la causalidad. Por lo tanto, según este principio, existe la posibilidad de influencias instantáneas de un lugar a otro del espacio. Dos partículas separadas por una gran distancia pueden ser entrelazadas de tal forma que una afecte instantáneamente las propiedades de la otra independientemente del espacio que las separa. Durante los últimos años se está constatando que el mismo efecto tiene lugar, pero a través del tiempo, o sea, actuando sobre un electrón o un fotón en dos momentos diferentes. Se constató concretamente que el hecho de medir un fotón en un momento posterior influenció la forma en que fue polarizado antes.

De hecho, en todo estado de coherencia cuántica impera este principio tan extravagante. Los biofísicos están constatando que en muchos mecanismos biológicos existen estados de coherencia, por lo que el principio de localidad también actúa ahí. Algunos procesos biológicos que se están estudiando actualmente a nivel cuántico son la fotosíntesis, los mecanismos de transmisión neuronal o la orientación de las aves a lo largo de las líneas magnéticas. Hay un canal de interconexión más allá del espacio y el tiempo; esto es fundamental para entender muchos procesos en la naturaleza. En el ser humano existen dominios de coherencia a través de los cuales existirían canales de conexión instantáneos, más allá de los mecanismos electroquímicos de la transmisión neuronal. Y por otra parte, la no-localidad podría estar relacionada con fenómenos todavía no explicados por la física convencional como son la telequinesis, la telepatía o la curación a distancia. Esta transmisión instantánea de información también sucede en especies animales que previamente nunca han estado en contacto, comportamiento estudiado en profundidad por el biólogo Rupert Sheldrake.

Paulatinamente se va llegando a un entendimiento completamente diferente del tiempo desde diferentes perspectivas. Empiezan a surgir modelos totalmente diferentes y muy sugestivos. Desmarcándose totalmente de la física ortodoxa, el francés Eric Julien, a raíz de ciertas experiencias personales, sugiere un modelo cuantificado y vectorial para el tiempo. Habla de diferentes niveles de densidad temporal,  relacionándolos con la cantidad de información que puede haber en un instante de tiempo determinado. Asimismo comenta que los viajes espaciales a través del Universo profundo son posibles variando la densidad temporal por campos rotatorios potentes o comprimiendo los espacios entre las órbitas electrónicas y el núcleo atómico.

Conclusión

Es cuestión de tiempo que vayan surgiendo modelos físicos sólidos que relacionen los cuantos de información con el tiempo, la energía y el espacio. Tal como comenta el físico Vlatko Vedral, son precisamente las unidades o bits de información los que crean la realidad, no las unidades de energía ni de materia.

A lo largo de este artículo he comentado nociones fundamentales acerca del tiempo, tanto en el campo de la física a gran escala como en la física atómica y subatómica. De hecho, ya desde tiempos inmemoriales el tiempo ha constituido un foco de atención para el hombre. Observando el ciclo del Sol y de los astros,  el hombre primitivo empezó a medir el transcurrir del tiempo; incluso una civilización como la maya tenía un calendario muy sofisticado teniendo en cuenta incluso movimientos cósmicos a gran escala, como la rotación galáctica.

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Grabado de calendario maya

Quizás dispongamos de un modelo más definitivo del tiempo y se sepa más acerca de su esencia cuando se logre aunar la física cuántica y la relativista gracias a la Teoría del Todo. En este sentido ejerce un papel esencial el colisionador de hadrones del CERN, el LHC, el cual ha logrado finalmente, entre otros muchos descubrimientos importantes, dar con el bosón de Higgs. Cuando se descubran las partículas supersimétricas, si es que en realidad existen, seguramente sabremos algo más acerca del flujo del tiempo.

 © Teresa Versyp, noviembre 2015