¿Está la gravedad detrás de la «flecha del tiempo»?

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El tiempo fluye en una única dirección. Resulta obvio para cualquiera que, a la velocidad de un segundo por segundo, todo transcurre desde el pasado hacia el futuro. Los objetos, y las personas, envejecen sin remedio y nunca se ha podido observar que algo, o alguien, logre que ese proceso funcione al revés. Si freimos un filete, jamás volverá a "desfreirse". Si un plato cae al suelo, se romperá, pero nunca podremos ver un plato roto sobre el pavimento recomponiéndose mientras regresa a la mesa de la que cayó. Si una estrella explota, el proceso es del todo irreversible.

¿Por qué suceden así las cosas? O, dicho de otra manera, ¿Por qué todo en nuestro Universo sigue una única "flecha del tiempo"? A lo largo de toda la Historia, filósofos y científicos se han preguntado por esta cuestión. Desde Aristóteles a Stephen Hawking, la cuestión del tiempo ha preocupado siempre a la humanidad.

Ahora, un equipo de investigadores del Instituto Perimeter de Física Teórica en Waterloo, Canadá, ha publicado en Physical Review Letters un artículo en el que se apunta toda una nueva teoría para explicar el tiempo y su devenir. Flavio Mercati y sus colegas creen que la "culpa" la tiene la gravedad, la más familiar y a la vez la más misteriosa de las fuerzas de la Naturaleza. Y que es precisamente ella, la gravedad, la que obliga al tiempo a transcurrir en una única y determinada dirección.

A primera vista, la gravedad no parece ser el lugar adecuado para buscar pistas sobre el tiempo. Y no hay, en principio, nada en las ecuaciones que describen la gravedad que sugiera que el tiempo debe ir en una única dirección. En su lugar, los investigadores suelen mirar al Segundo Principio de la Termodinámica para explicar por qué un plato que se rompe o un filete recién frito son dos procesos irreversibles.

De hecho, el Segundo Principio de la Termodinámica afirma que en cualquier sistema cerrado existe una cantidad de desorden (que llamamos entropía) que aumenta a lo largo del tiempo sin que pueda evitarse. En conjunto, y hagamos lo que hagamos para mantener un cierto orden en las cosas, la entropía del Universo no deja de crecer. Si tenemos entre manos un sistema de "baja entropía", como una casa recién ordenada y limpia, podemos estar seguros de que, con el paso del tiempo, la entropía aumentará sin remedio y hará que nuestra casa vuelva a estar sucia y desordenada. Lo mismo sirve para el resto del Universo.

A mediados de la pasada década de los setenta, el físico británico Roger Penrose fue el primero que prestó atención a la Segunda Ley para definir la dirección en la que transcurre el tiempo. Según su razonamiento, nuestro Universo va pasando, desde su comienzo, de ser un sistema ordenado a otro en el que el desorden es cada vez mayor. Es decir, que el Universo entero debería estar más y más ordenado cuanto más atrás en el tiempo lo observemos.

Sin embargo, lo que sabemos sobre los primeros instantes del Universo nos indica justo lo contrario. Justo después del Big Bang, en efecto, lo que había era una sopa de plasma ardiente en la que las partículas ni siquiera podían unirse para formar átomos.

Pero Mercati y sus colegas Tim Kowlowski, de la Universidad de New Brunswick, y el físico británico Julian Barbour, ofrecen en su artículo una nueva forma de aproximarse al problema. Y explican que para comprender la flecha del tiempo, no necesitamos preocuparnos de las condiciones iniciales del Universo. En lugar de eso, debemos fijarnos solo en la gravedad, que puede explicar el fenómeno por sí misma.

Muy pocos autores han tomado hasta ahora este camino. La razón es que la gravedad no dice nada sobre el tiempo y todas sus ecuaciones son simétricas en relación al tiempo. Eso quiere decir que todas ellas funcionan independientemente de la dirección que tenga el tiempo. Imaginemos que, miestras se cae el plato del ejemplo anterior, tomamos un vídeo del suceso. Si pasamos el vídeo hacia delante, (del orden al desorden) se verá cómo el plato se rompe al llegar al suelo. Si lo pasamos hacia atrás, (del desorden al orden) veremos cómo el plato se "recompone" desde el suelo hasta quedar intacto encima de la mesa. Pues bien, en cualquiera de los dos casos, las leyes de la gravedad funcionan igualmente bien.

Un Universo de «juguete»

Para averiguar cómo la gravedad podría explicar el problema del tiempo, los investigadores simularon sus efectos en una versión muy simple del Universo, una en la que apenas un millar de partículas se distribuyeron al azar en un espacio vacío, permitiendo que se movieran en función de la fuerza de la gravedad. Y hallaron que, inevitablemente, las partículas alcanzaban un punto en el que todas se agrupaban estrechamente. Después de lo cual, se volvían a separar para no volver ya nunca más a agruparse.

Curiosamente, la complejidad del sistema crece, incluso cuando las partículas no están ya estrechamente agrupadas. La definición de complejidad usada por los investigadores se relaciona con el espacio que hay entre las partículas y es, aproximadamente, la relación que existe entre las distancias máximas y mínimas de las partículas. Definida de esta forma, la complejidad es menor cuando las partículas están más juntas, y crece a medida que el sistema evoluciona y se expande.

Este modelo "de juguete" del Universo consigue un parecido razonable con la forma en que nuestro Universo pasó espontáneamentede un estado de baja complejidad (el plasma inicial), a otro de alta complejidad, con planetas, estrellas y galaxias. Así que la flecha del tiempo, argumentan los investigadores, va siguiendo este aumento natural de la complejidad.

Lo cual no supone, para Mercati, una alternativa al Segundo Principio de la Termodinámica, sino un complemento. La gravedad, afirma el científico, crea las condiciones para que haya filetes que poder freir o platos que se puedan romper. Es decir, que la Segunda Ley sigue explicando la ruptura irreversible de los platos al caer, pero es el poder "aglutinante" de la gravedad el que explica cómo se crean las condiciones ordenadas en el que las estructuras complejas, como platos, filetes, seres humanos o galaxias, pueden llegar a formarse.

El trabajo de Mercati y sus colegas no será, sin duda, la última palabra para explicar la flecha del tiempo, pero sí que supone un gran paso adelante hacia su comprensión.

A partir de aquí, el nuevo modelo tendrá que ser refinado y completado. De hecho, por ahora solo usa el concepto newtoniano de la gravedad, dejando a un lado la teoría de Einstein de la relatividad general. Para Mercati, un mayor grado de comprensión será posible cuando logremos tener un marco que combine ambos enfoques, la tan buscada teoría cuántica de la gravedad.