La ciencia detrás de Tenet y los viajes en el tiempo

«¡No trates de entenderlo, siéntelo!». Con esta frase, una científica le explica al personaje principal de la trama las fantásticas propiedades de una bala invertida, que se eleva desde una mesa antes de ser dejada caer. Para Ángel María Uranga , investigador del Instituto de Física Teórica (IFT-UAM) y experto en teoría de cuerdas, esta frase es una buena receta para disfrutar de la película. Pero incluso así, tal como ha explicado a ABC y ha defendido en un reciente vídeo, bajo estas líneas, cree que merece la pena hablar de cuánto hay de ciencia y cuánto hay de ficción en «Tenet» .

Para poder hablar de ello quizás conviene explicar en primer lugar qué es el tiempo. En su libro « Historia del tiempo », Stephen Hawking lo define a partir de tres flechas que avanzan hacia el futuro y que están relacionadas con diferentes fenómenos: la flecha cosmológica, la flecha termodinámica y la flecha psicológica.

La flecha cosmológica está definida por la expansión del universo, que es aquella por la cual el espacio entre galaxias se estira con el transcurso del tiempo, alejando unas de otras, en general. La flecha termodinámica del tiempo está relacionada con la segunda ley de la termodinámica , por la cual los procesos físicos siempre producen un aumento de la entropía, una magnitud que mide el grado de desorden interno de los sistemas (por ejemplo, un cubito de hielo está mas ordenado que un líquido, y una casa más que una pila de escombros). Por último, la flecha psicológica del tiempo es la que tiene que ver con la percepción del paso del tiempo , que no es más que una consecuencia de la experiencia y la generación de recuerdos.

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La película parte de una premisa sorprendentemente verídica, al menos en teoría: que algunos procesos pueden ir indistintamente hacia delante y hacia atrás. En este sentido, Ángel María Uranga ha explicado que « casi todas las interacciones de la naturaleza son invariantes bajo la inversión temporal ». Es decir, la física en principio es perfectamente compatible con que muchos fenómenos como la gravedad, el electromagnetismo o los fenómenos atómicos vayan hacia atrás o hacia delante. Sencillamente, el tiempo «les da igual».

Pero la película no trata de este tipo de fenómenos, sino que se centra en procesos macroscópicos, a mayor escala, como disparar una bala o provocar el derrumbe de un bloque de viviendas.

«La premisa fundamental de la película se basa en que se puede invertir la dirección en la que transcurre el tiempo de ciertos objetos , como las balas que van hacia atrás o los coches que parten del punto de impacto», ha explicado el científico. «Son versiones invertidas de objetos ordinarios, a los que se llama progresivos».

En el mundo real los procesos termodinámicos, como una reacción química o una explosión, aumentan la entropía, el grado de desorden, del universo, de acuerdo con el segundo principio de la termodinámica y de modo compatible con la flecha termodinámica. Sin embargo, en la ficción de «Tenet» existe una entropía inversa: una flecha termodinámica invertida, que acaba provocando una inversión temporal en toda regla. Según esta lógica, un huevo roto puede acabar recomponiéndose en la ficción.

«Esta premisa no funciona muy bien», ha explicado el físico. ¿Por qué? La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía siempre aumenta , nunca disminuye, a escala global o neta. La entropía siempre se incrementa y la flecha termodinámica siembre avanza en la misma dirección: al dejar un cubito de hielo a temperatura ambiente el agua se funde y se esparce. Al golpear una pelota con una raqueta, parte de la energía se pierde en forma de calor y aumenta la entropía.

¿Por qué pasa esto y no lo contrario? En primer lugar hay que comprender que la segunda ley o principio de la termodinámica no es una especie de mandato cósmico misterioso: es una mera manifestación de la probabilidad.

«Sería extraordinariamente sorprendente, pero podría haber procesos que la violaran », ha explicado Uranga. De hecho, no es una ley fundamental, sino un principio que describe muy bien la realidad. Es también una ley emergente, porque describe el comportamiento de fenómenos colectivos, asociados con sistemas macroscópicos, compuestos por muchísimas partículas.

Un ejemplo es el aire de una habitación, formado por millones y millones de moléculas que se agitan y se mueven en direcciones aleatorias. Por probabilidad, sabemos que es extremadamente difícil que el aire disperso en una habitación se concentre en una de las esquinas, sencillamente porque hay muchos millones de moléculas y cada una se mueve de forma aleatoria. Sería mucho más difícil que algo así como que, de repente, todos los pasajeros de un vagón del metro se llamasen Pablo, por pura casualidad.

Sin embargo, es extremadamente probable que ocurra lo contrario: que si el aire está acumulado en un punto se expanda por toda la habitación; es decir, que el desorden aumente.

Si alberga dudas, imagínese un experimento: ¿Cuántas veces tendría que dejar caer un puñado de sal al suelo para que los granos formasen una estructura ordenada? Pero, en el caso contrario: ¿Cuán probable es que si golpea una escultura de arena forme una pila desordenada de granitos?

Aparte de eso, Ángel María Uranga ha explicado que la entropía invertida supone más problemas. En el mundo natural, los procesos aumentan la entropía porque liberan calor al entorno: así ocurre cuando se deja caer una bala (el golpe y la fricción del metal con el aire liberan calor) o se dispara contra una pared, dejando un cañón humeante y caliente y un orificio también calentado.

¿Podría el calor ir hacia atrás también? Eso requeriría que la propia pistola con la que se dispara, así como la pared y el aire, también estuvieran invertidos. Por eso, el físico ha razonado que la bala invertida no puede ir hacia el pasado sino es con la compañía de los materiales con los que está en contacto. Por tanto, finalmente todo quedaría invertido y Nolan no tendría material para una película tan impresionante.

Pero si el desorden siempre aumenta, ¿por qué las estrellas sintetizan elementos químicos cada vez más pesados y ordenados, partiendo de hidrógeno o helio? ¿Por qué los árboles o las vacas consiguen crear orden, dando forma a sus células y proteínas, a partir del desorden que hay en el aire o la comida digerida? La respuesta está, de nuevo, en el calor. Tanto estrellas como seres vivos crean orden en su interior , pero lo hacen a costa de disipar calor hacia su entorno, aumentando el desorden globalmente. (Es decir, un humano aumenta y mantiene el orden que le permite vivir a costa de estar liberando calor constantemente).

Por mucho que el recurso de la entropía invertida no funcione tan bien, quizás lo más interesante de «Tenet» es que sus protagonistas también viajan hacia atrás en el tiempo, coexistiendo con acontecimientos que van hacia delante . Y pueden hacerlo después de atravesar una máquina o torno. Esto puede relacionarse con la flecha psicológica del tiempo.

«La pregunta es: cado se invierte la flecha termodinámica se invierte la flecha psicológica del tiempo?». En la película «experimentamos que viajamos hacia atrás en el tiempo porque vemos eventos que avanzan más y más hacia el pasado», ha recordado. Pero en el mundo real, la flecha avanza siempre hacia delante: «Está fundamentalmente vinculado con la formación de recuerdos». Recordamos el pasado pero no el futuro.

El propio Stephen Hawking escribió sobre esto en «Historia del tiempo», asimilando el funcionamiento del cerebro al de un ordenador:

«El calor expelido por el refrigerador del ordenador asegura que cuando graba un número en la memoria, la cantidad total de desorden en el universo aumenta a pesar de todo. La dirección del tiempo en la que un ordenador recuerda el pasado es la misma que aquella en la que el desorden aumenta. El desorden aumenta con el tiempo porque nosotros medimos el tiempo en la dirección en la que el desorden crece. ¡No se puede hacer una apuesta más segura que esta!».

«El otro recurso científico por el que Nolan nos convence de que los objetos invertidos viajan atrás en el tiempo es la concepción de Wheeler-Feynman », ha explicado el físico. «Ésta establece algo así como que un positrón —la antipartícula del electrón, con carga opuesta a la de éste— sería un electrón que viaja hacia atrás en el tiempo ». Por eso, una bala invertida sería una «antibala» que avanza hacia un futuro que para la bala es su pasado.

¿Puede ser esta la explicación necesaria para que sea posible viajar atrás en el tiempo? Feynman y Wheeler idearon este concepto y lo expresaron matemáticamente para aplicarlo en el contexto de los campos cuánticos, tal como ha explicado Ángel María Uranga. Es decir, esta concepción no funciona en el mundo de los objetos macroscópicos, en los que las relaciones cuánticas se pierden por su interacción con el entorno.

«Además, todo esto implica que cuando una partícula y su antipartícula colisionan, se aniquilan y liberan la energía en forma de fotones», según el físico. Curiosamente, esta aniquilación del positrón y el electrón se podría entender como que un electrón viaja hacia delante y se da la vuelta en el tiempo .

Pero lo más relevante en relación con «Tenet» es que esta concepción implica que cualquier material, o individuo, hecho de antipartículas se aniquilaría con las partículas de su entorno. Sin embargo, esta aniquilación no se representa en la película cuando los protagonistas se introducen en unos tornos que invierten la dirección del tiempo, y que permiten que quien avanza hacia delante se vea a sí mismo retrocediendo hacia el torno al que todavía no ha entrado.

El contexto donde se aplica la interpretación de Wheeler-Feynman de las antipartículas como partículas hacia atrás en el tiempo es en la descripción conocida como integral de caminos de Mecánica Cuántica.

«La idea básica es que cuando sucede un evento fenómeno cuántico hay que sumar todas las posibles maneras en las que puede ocurrir», ha dicho el investigador. En esta descripción, los fenómenos cuánticos de las partículas elementales se describen incluyendo contribuciones donde coexisten con antipartículas , viajando hacia atrás en el tiempo.

Esto aparentemente parecería llevar a la denominada paradoja del abuelo, que consisten en el problema de que si viajamos atrás en el tiempo, ¿qué ocurre si matamos a nuestro abuelo? Pregunta que en la película uno de los protagonistas contesta con un: « No tiene solución ».

En la Física, la paradoja no llega a plantearse ya que, aunque la integral de caminos incluye contribuciones con partículas que viajan hacia atrás en el tiempo, la suma sobre todas las posibilidades lleva a cancelaciones que aseguran que la influencia de eventos futuros sobre eventos pasados queda anulada y se respeta el principio de causalidad.

«Tenet» no solo se enfrenta al enigmático comportamiento de la Mecánica Cuántica: también desafía a la Relatividad. Según ha explicado Ángel María Uranga, el viaje en el tiempo viola dos reglas importantes: que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz y que la información no se puede transmitir desde el futuro al pasado, precisamente por eso mismo. Es decir, un equipo de soldados con brazaletes rojos en el futuro no podría mandarle al pasado importante información a otro equipo de soldados con brazaletes azules, tal como ocurre en la película de Nolan.

«Si hubiera alguna manera de transmitir información más rápido que la velocidad de la luz, el futuro podría influir en algo que ha ocurrido antes », ha explicado Uranga. Esto violaría el principio de causalidad.

La causalidad es un concepto vinculado con la velocidad de la luz, que es el límite máximo para la transmisión de información. «Cuando ocurren eventos que pueden transmitir información a otras regiones, si no ha habido tiempo para que la luz pueda viajar de uno a otro, estos eventos estarán desconectados». Este es otro punto que echa por tierra la paradoja del abuelo. La información tendría que ir más rápido que la velocidad de la luz para poder superar el frente de avance del tiempo e ir un poco más allá, hacia el pasado, donde uno podría encontrarse con su abuelo o con el imperio romano.

Sin embargo, Uranga ha explicado que existen soluciones matemáticas para la Relatividad General, en agujeros de gusano o agujeros negros, en las que existen líneas de tiempo cerradas , que «corresponden a trayectorias en las que un objeto que avanza vuelve hacia atrás en el tiempo, cerrado sobre sí mismo». Pero, ambos objetos resultan estar aparentemente desconectados del mundo físico: uno porque está aislado por un horizonte de sucesos, del que casi nada puede salir; el otro, porque es irrealizable.

Si hay una flecha cosmológica, una termodinámica y una psicológica, ¿hasta dónde avanzarán? ¿Cuándo se acabará el tiempo? «Por lo que sabemos, el Universo se expandirá de forma cada vez más rápida, las galaxias se irán diluyendo y todo irá quedando más frío, más vacío y oscuro . Las estrellas agotarán su combustible y la expansión nunca finalizaría. Es lo que se conoce como Big Freeze», ha explicado el físico.

«Si asumimos que la física seguirá funcionando tal como la conocemos, los átomos seguirán existiendo», ha proseguido. Pero pasados trillones y trillones de años, algunas teorías proponen que incluso los protones podrían comenzar a desintegrarse, y comenzase la degradación de los átomos. Por tanto, solo quedarían partículas absolutamente estables, que no se desintegran en nada, como los electrones o los fotones. Estos últimos, y gracias a la expansión del universo, cada vez tendrían una longitud de onda mayor. Por eso, se puede decir que, tanto los fotones que vemos ahora, como los electrones de nuestro alrededor o interior, son realmente partículas eternas, atemporales.