Hay figuras destacadas en el campo de la física teórica y sus obras buscan desentrañar y cuestionar nuestra comprensión convencional del tiempo. En «El orden del tiempo», Carlo Rovelli (ver El misterio del tiempo: ‘El orden del tiempo’ de Rovelli) aborda el tiempo desde una perspectiva física y filosófica, desafiando la noción tradicional de tiempo como una secuencia lineal y constante. Rovelli explora cómo la teoría de la relatividad de Einstein y la mecánica cuántica han transformado radicalmente nuestra comprensión del tiempo, sugiriendo que el tiempo es una entidad mucho más compleja y relativa de lo que se pensaba anteriormente.
Por otro lado, The Janus Point de Julian Barbour introduce una nueva teoría del tiempo que cuestiona la existencia misma del tiempo como lo conocemos. Barbour argumenta que lo que percibimos como tiempo es en realidad una ilusión creada por patrones estáticos que codifican la apariencia de movimiento, cambio o historia. Propone que estos patrones, a los que llama «cápsulas del tiempo», son eternos y que nuestra impresión de tiempo y movimiento se debe únicamente a las huellas que dejan.
Qué creencias o teorías desafía el libro The Janus Point?
Julian Barbour presenta una teoría radicalmente diferente del tiempo y su relación con el orden y el caos, que desafía muchas de las creencias y teorías convencionales en la física moderna.
- La segunda ley de la termodinámica, que sugiere que el desorden en el universo sólo puede aumentar con el tiempo. Barbour argumenta que esta ley ha sido mal interpretada y que, en realidad, es la creación de orden lo que impulsa el tiempo en ambas direcciones desde el punto Janus.
- La teoría del Big Bang, que sugiere que el universo comenzó en un momento específico en el tiempo. Barbour propone que el tiempo no existía antes del punto Janus y, por lo tanto, el universo no tiene un comienzo definido en el tiempo.
- La idea de que el tiempo es lineal y solo fluye en una dirección. Barbour argumenta que el tiempo fluye en ambas direcciones desde el punto Janus, creando dos universos paralelos en los que el orden se incrementa.
- La teoría de la relatividad general de Einstein, que sugiere que la gravedad es la que da forma al espacio-tiempo. Barbour propone que la forma del espacio-tiempo se deriva de la ordenación de todas las cosas que existen en el universo.
Principales ideas de The Janus Point de Julian Barbour
- Las leyes de la naturaleza no distinguen entre pasado y futuro.
- Es posible que el tiempo se haya dividido en dos direcciones después del Big Bang.
- El universo puede estar aumentando en complejidad en lugar de entropía.
- El problema de los tres cuerpos ilustra cómo el tiempo se divide en el punto de Jano.
- Según la teoría del punto de Janus, la entaxia en el universo está disminuyendo.
- El punto de Jano se produce en un momento de colisión total.
Las leyes de la naturaleza no distinguen entre pasado y futuro.
Imagínese a un buzo saltando de una plataforma. Ella endereza su cuerpo y se lanza al agua. El spray llena el aire. Ahora imagina la misma escena reproducida al revés. El buzo emerge del agua y el agua parece ser succionada nuevamente hacia la piscina. Causa y efecto han cambiado de lugar. El tiempo ha corrido en la dirección equivocada.
Como muestra este ejemplo, el tiempo, tal como lo experimentamos, tiene flechas. Estamos acostumbrados a vivir en un mundo donde todo fluye en la misma dirección: hacia adelante. Los humanos, los animales y las estrellas envejecen y mueren; nunca rejuvenecen.
Es evidente que la dirección del tiempo es importante para la vida. Entonces debe estar de alguna manera consagrado en las leyes de la naturaleza, ¿verdad? En realidad, resulta que no lo es.
Pensemos en esas flechas del tiempo. Hay muchos de ellos, pero entre los más significativos está el que se llama equilibrio. Es un proceso que conduce al equilibrio y es fácil de ver en acción: solo toma un vaso de agua, mete el dedo en él y gíralo. Después de sacar el dedo, el agua volverá muy rápidamente a su quietud original.
Sin embargo, tenga en cuenta que este proceso nunca ocurre a la inversa. El agua nunca se perturba espontáneamente. Nuestro buceador nunca saldrá del agua de espaldas. Se dice que estos fenómenos son asimétricos en el tiempo.
Pero no todo en el mundo es así. Imagínese un vídeo en el que dos bolas de billar idénticas chocan sobre una mesa perfectamente lisa. Digamos que le mostraste ese video a alguien que nunca lo había visto antes. Podrías jugar el original o al revés y no podrían saber qué bola se movió primero.
A nivel microscópico, todas las leyes de la naturaleza son simétricas en inversión del tiempo. Nosotros, sin embargo, estamos acostumbrados a la asimetría, a una causa y efecto claros, a un pasado y un futuro. ¿Pero por qué? ¿Por qué el mundo no se comporta como pelotas en una mesa de billar?
Bueno, la mayoría de los físicos dirían que se debe a la segunda ley de la termodinámica, que establece que la entropía siempre aumenta. Y ahí está su respuesta: la “dirección” del tiempo resulta de este aumento.
Pero el autor cree que hay otra explicación.
Es posible que el tiempo se haya dividido en dos direcciones después del Big Bang.
Volvamos por un momento a la mesa de billar.
Recuerda que la colisión de las dos bolas fue un proceso simétrico de inversión del tiempo. Pero un juego completo usando estas bolas no funciona de la misma manera. Pensemos, por ejemplo, en un popular juego de billar llamado snooker. Si vieras todo el juego al revés, serías testigo de un milagro: todas las bolas rojas saltando de las troneras para alinearse formando un triángulo perfecto encima de la mesa, con la bola blanca separándose del resto.
Esto se debe a que un juego de billar comienza con una condición especial: las bolas rojas organizadas en un triángulo. Muchos físicos creen que el universo mismo es un poco así. Piensan que se encontraba en unas condiciones muy especiales antes del Big Bang. La entropía era muy baja; en otras palabras, todo estaba en un estado de orden extremadamente alto. Justo ahí es donde ocurrió el big bang – y comenzaron todas las flechas del tiempo.
Pero el autor sugiere una explicación diferente. Propone que el big bang no fue el nacimiento del tiempo, sino simplemente un lugar muy especial en el tiempo. Lo llama el punto de Jano.
Este es el argumento del autor: si estás de acuerdo en que el big bang ocurrió en condiciones muy especiales, entonces actúas de manera arbitraria. Para él, eso traiciona el objetivo mismo de la ciencia. Después de todo, ¿no se trata de la física de describir el mundo en términos de leyes inviolables?
Entonces ¿cuál es la solución? Podría provenir de algo conocido como la teoría del punto de Janus. Lleva el nombre del dios romano de dos caras y no impone condiciones especiales de ningún tipo. En cambio, esta teoría sostiene que las leyes del universo conducen a un punto de Jano, una condición en la que el tamaño del universo se vuelve cero o pasa por un valor mínimo. El tiempo se acerca al punto de Jano como una sola corriente y luego se divide en dos corrientes.
Si esto es correcto, la dirección del tiempo que experimentamos viene dictada por el lado del punto de Jano en el que nos encontramos. Por ejemplo, por otro lado, podría parecer perfectamente normal que ese buzo emerja del agua hacia atrás.
La teoría del punto de Janus también implica que el crecimiento del universo no está regido por la entropía sino por la complejidad, una medida de estructura u orden. Exploraremos ese concepto en el próximo apartado.
El universo puede estar aumentando en complejidad en lugar de entropía.
¿Cómo terminará el universo? Hay varias teorías. El más popular es el de la muerte por calor. No tiene nada que ver con el calentamiento global; no, de hecho describe todo lo contrario. Esta teoría dice que el universo, eventualmente, alcanzará la entropía máxima. El calor desaparecerá por completo y eso dejará el universo tan frío que el movimiento – y, por extensión, toda la vida tal como la conocemos– simplemente dejará de existir.
Esta destrucción del universo a través de la entropía es ciertamente aterradora. ¿Pero es inevitable? El autor sostiene que no lo es. Esto se debe a que, en su opinión, la entropía en realidad no está creciendo. En cambio, lo que está aumentando es la complejidad o, en otras palabras, el orden. Una consecuencia de este crecimiento es que subsistemas complejos – como la Tierra– emergen y se vuelven autónomos.
Hay un problema con cómo entendemos la entropía. Todo comenzó hace siglos, cuando los científicos empezaron a utilizar el término por primera vez. Los físicos que estudiaron la termodinámica lo hicieron en un momento muy especial de la historia: durante la Revolución Industrial. Su atención se centró en cómo mejorar la máquina de vapor. Y esto significaba que estaban explorando la termodinámica en condiciones confinadas; Básicamente, estaban observando cómo se dispersa el gas dentro de una caja sellada.
Extrapolaron sus hallazgos al universo en general. Pero el cosmos no se parece en nada al hogar de una locomotora de vapor. El universo no está confinado en una caja; al contrario, está en constante expansión.
Si el universo no está en una caja, no buscará el equilibrio. Y esto significa que en realidad no nos estamos precipitando hacia la muerte por calor. En cambio, lo que vemos es más partículas agrupadas o complejidad.
Nuestro planeta y los cielos contienen mucha evidencia de esto. Miles de millones de estrellas crean nuevos elementos, que forman nuevas moléculas que, a su vez, contribuyen a una estructura cada vez más rica.
Y aquí en la Tierra también encontramos el crecimiento de estructuras en todas partes. La roca que se encuentra debajo de nosotros, con sus estratos multicapa, es una prueba de cómo la complejidad ha aumentado a lo largo de millones de años. A un nivel más local, las casas que construimos y los pueblos y ciudades en los que se convierten también son registros de una complejidad en continua expansión.
El problema de los tres cuerpos ilustra cómo el tiempo se divide en el punto de Jano.
Probablemente hayas oído la famosa historia de Isaac Newton y el manzano. Supuestamente, Newton notó que una manzana caía al suelo y eso lo inspiró a desarrollar sus teorías del movimiento.
En particular, se hizo famoso por resolver el problema de cómo se mueve la Luna alrededor de la Tierra. Lo que estaba resolviendo exactamente se conoció como el problema de los dos cuerpos. Es un subconjunto de una teoría más amplia llamada problema de N cuerpos , que puede ayudar a predecir el comportamiento de un número finito de puntos impulsados por la gravedad.
Newton definitivamente tuvo éxito con el problema de los dos cuerpos. Pero se quejó de que el problema de los tres cuerpos, que describe el movimiento de tres partículas, le provocaba dolores de cabeza. Y eso es exactamente lo que usaremos para describir lo que sucede en el modelo del punto de Janus, ¡así que abróchate el cinturón!
El problema de los tres cuerpos nos pide que imaginemos que el universo entero está representado por tres partículas. Uno se llama singleton porque no está apareado. Los otros dos orbitan entre sí y se denominan par Kepler.
En el modelo del punto de Janus, el singleton se acercó al par de Kepler en algún momento del pasado distante. Entonces, el movimiento de los tres cuerpos de repente se volvió muy caótico. Después de un corto período de tiempo, el sistema pasó por el punto de Jano, después de lo cual se dividió nuevamente en un singleton y un par de Kepler.
El singleton que entró en el punto de Jano no necesariamente salió exactamente de la misma manera; es posible que haya cambiado de lugar con una de las partículas del par de Kepler. Esto es crucial porque significa que se preservan las leyes de la simetría de inversión del tiempo.
Para ilustrar esto, imaginemos a un joven caminando por la pista de un salón de baile. Busca pareja de baile. De repente, ve a una joven atractiva, pero ya está emparejada con otra persona. Cuando la pareja se acerca a nuestro joven, de repente él entra y se lleva a la dama. Lo único que el otro hombre puede hacer es seguir caminando con la cabeza gacha.
Puedes invertir la dirección del tiempo de modo que cualquiera de los dos pueda quedarse con la niña. Nunca pensaríamos en que un cambio tan extraño como este sucediera en el mundo real. Pero eso es sólo porque parece ir en contra de todo a lo que estamos acostumbrados.
En este modelo de tres cuerpos, no vemos ningún fondo que nos dé una idea de la dirección “correcta” del tiempo: las tres partículas son simplemente todo lo que existe. Y esto significa que las leyes de la simetría de inversión del tiempo se conservan perfectamente.
El sistema de tres cuerpos puede informarnos sobre el espacio, así como sobre el tiempo, como veremos en el próximo apartado.
Según la teoría del punto de Janus, la entaxia en el universo está disminuyendo.
Imagínese una caja llena de gasolina. ¿Qué pasaría si de repente quitáramos todas las paredes de esta caja? Bueno, las partículas pronto comenzarían a volar hacia el espacio. Esto significa que comenzarían a ocupar un volumen mayor. Parecería que la entropía estaba creciendo.
Sin embargo, ese no es el final de la historia. Las partículas se alejarían de esa caja de una manera muy específica: sus trayectorias permanecerían exactamente iguales.
Dentro de la caja, manda la entropía. Cuando quitas las paredes, el orden se hace cargo; El movimiento de las partículas está muy estructurado. ¿Parece esto un aumento de la entropía? No precisamente.
Eventos similares ocurren a escala cósmica. A medida que las partículas del universo se liberan de su “caja” en el punto de Jano, se mueven de una manera que no sugiere un aumento de entropía. Para describir completamente lo que está sucediendo, necesitamos un nuevo concepto. El autor lo llama entaxia.
La entaxia se puede definir como el recuento de todos los microestados que pueden existir dentro de un determinado macroestado. A nivel del universo, la entaxia está disminuyendo. Vemos esto cuando las partículas se agrupan regularmente y crean subsistemas altamente complejos, como estrellas, galaxias y agujeros negros. Dentro de estos subsistemas es donde aumenta la entropía convencional.
El concepto de entaxia se sostiene incluso en el modelo de tres cuerpos, que utilizamos para describir lo que sucede después del punto de Jano. Así es cómo.
A medida que el par de Kepler y el singleton se alejan uno del otro, en algún momento inevitablemente terminarán en línea recta. Podemos pensar en estos casos como el tictac de un reloj. La distancia entre las partículas del par de Kepler puede considerarse como una regla.
Con el tiempo, se puede medir cuánto ha aumentado la distancia entre las dos partículas. Esto le permite determinar el aumento de tiempo entre cada «tic» del reloj. Finalmente, a medida que el singleton se aleja cada vez más del par, el ángulo entre el par y el singleton se estabiliza y se vuelve fijo.
El punto de Jano se produce en un momento de colisión total.
Volvamos a nuestro sistema de tres cuerpos. En él, las partículas están dispuestas en una especie de triángulo. ¿Y qué es un triángulo? Una forma, por supuesto. El modelo de tres cuerpos pretende representar el universo entero. Por extensión, eso significa que el universo – sin importar la configuración de las partículas– tiene una forma.
Nuestro universo, por supuesto, tiene muchas más de tres partículas, pero la afirmación sigue siendo cierta. Las formas del universo se fusionan en subsistemas de complejidad y orden cada vez mayores.
Pero, ¿cómo surge exactamente la estructura del caos? ¿Y qué sucede precisamente en el propio punto de Jano? La respuesta a esa pregunta también está en las formas.
Para entender lo que sucede en el punto de Jano, debemos introducir dos conjuntos de «reglas».
El primero es la mecánica newtoniana. En este modelo, el tamaño del universo en el punto de Jano llega a cero. En otras palabras, su tamaño desaparece. Pero el universo no. Todavía tiene una forma, algo que se llama configuración central.
En esta configuración, las fuerzas gravitacionales dirigen cada una de nuestras tres partículas al centro de masa exacto del sistema en su conjunto. Entonces ocurre una colisión total. Esto significa que las tres partículas terminan exactamente en el mismo punto. Lo que sigue es una explosión total fuera de ese punto. Eso, esencialmente, es el big bang.
El segundo conjunto de “reglas” está impulsado por la relatividad general. La relatividad general no tiene problemas con un universo de tamaño cero – esto no contradice la teoría de ninguna manera. Pero tiene un problema con un universo que se acerca a tamaño cero. Básicamente, a medida que el tamaño del universo se acerca a cero, su forma comienza a comportarse de manera caótica, como una pelota que rebota constantemente en las paredes de una mesa de billar.
Eso significa que nuestra forma nunca llega al punto de Jano. No existe el big bang, ni el universo, ni nosotros.
Una teoría parece ofrecer una solución. Se basa en un tipo de materia que, según la física moderna, pudo haber estado presente en el Big Bang. Se llama campo escalar sin masa y sus propiedades son tales que el número de rebotes ya no es infinito. En cambio, la forma finalmente alcanza el tamaño cero y luego emerge al otro lado del punto de Jano.
Esta teoría aún no ha sido probada, por ahora. Pero se sitúa firmemente a la vanguardia de la investigación científica actual y, si el modelo del punto de Janus resulta cierto, podremos finalmente entender el tiempo y sus flechas.