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Carlos del Porto Blanco

El tiempo no es un río inmutable que fluye a la misma velocidad para todos, sino una dimensión dinámica y entrelazada con la estructura misma del universo. Comprender su naturaleza ha sido uno de los mayores desafíos de la ciencia moderna, transitando desde una concepción intuitiva e infinita hasta un marco físico preciso donde el tiempo es relativo, medible y fundamental para el desarrollo tecnológico de la civilización. Sin embargo, cuando la física intenta responder qué es exactamente el tiempo, la cuestión se vuelve mucho más profunda. No existe una sustancia llamada “tiempo” que pueda recogerse o aislarse; lo que se mide experimentalmente son intervalos temporales entre acontecimientos.

La historia del tiempo es, por tanto, también la historia de la capacidad humana para comparar acontecimientos con una precisión cada vez mayor. Esa evolución ha transformado la navegación, las telecomunicaciones, la astronomía, la informática y nuestra concepción del propio universo. Ese será el tema del artículo de hoy. Algo que según palabras del físico Carlo Rovelli, «es el mayor misterio de la física».

Sílabas que avanzan con paso mezquino. Descripción de tiempo por Macbeth. William Shakespeare.

Aquí comienzan los problemas. La definición y naturaleza del tiempo

  • Tiempo físico: En física, el tiempo es lo que miden los relojes. La unidad básica es el segundo, definido por la vibración de un átomo de cesio 133. Eso permite establecer magnitudes como la velocidad de la luz (299 792 458 metros por segundo.
  • Tiempo filosófico: San Agustín ya advertía en el siglo IV: “Si nadie me lo pregunta, lo sé; si quiero explicarlo, no lo sé”. El tiempo se percibe como un río que fluye del pasado al futuro.
  • Tiempo humano: La percepción depende del cerebro. En situaciones de peligro, la amígdala intensifica los sentidos y parece que el tiempo se dilata.

El tiempo es, junto con la longitud y la masa, una de las magnitudes fundamentales de la física. A diferencia del «tiempo atmosférico» —el estado de la atmósfera en un momento dado—, el tiempo del que trata este artículo es la dimensión que ordena los sucesos en una secuencia de pasado, presente y futuro, y que permite cuantificar su duración. Definirlo con precisión no es un ejercicio filosófico ocioso: de esa definición dependen desde la hora que marca un reloj de pulsera hasta la posición que calcula un satélite Glonass, pasando por las actividades de la vida cotidiana y los experimentos de física de partículas.

La evolución de la medición del tiempo es un testimonio del ingenio humano. Se comenzó con relojes de sol en el antiguo Egipto y China, como el descrito en el cenotafio de Seti I (1300 a. n. e.). Luego vinieron las clepsidras o relojes de agua, perfeccionados por Ctesibio de Alejandría alrededor del 270 a. n. e. La invención de los relojes mecánicos en la Europa del siglo XIV, accionados por pesas y engranajes, marcó un hito. Pero la verdadera revolución llegó en 1656, cuando Christian Huygens construyó el primer reloj de péndulo preciso, un avance basado en los descubrimientos de Galileo. Ese dispositivo permitió una medición del tiempo sin precedentes, reduciendo el error a minutos por día.

Durante siglos prevaleció la visión formulada por Isaac Newton en 1687 a través de su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Newton concibió el tiempo de la siguiente forma: «El tiempo absoluto, verdadero y matemático, por sí mismo y por su propia naturaleza, fluye uniformemente sin relación con nada externo»… Bajo esa perspectiva, el universo compartía un reloj invisible e inalterable. El 26 de septiembre de 1905, en la revista Annalen der Physik, Albert Einstein publicó su artículo « Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”, que dio origen a la relatividad especial. La conclusión fue demoledora: el tiempo no es absoluto. Depende del estado de movimiento del observador.

Una anécdota famosa sobre este hecho—probablemente apócrifa pero ilustrativa— cuenta que, cuando le preguntaron cómo explicaría la relatividad, Einstein respondió: «Siéntese con una chica hermosa durante una hora y parecerá un minuto. Siéntese sobre una estufa caliente durante un minuto y parecerá una hora. Eso es relatividad».  En 1915, con la relatividad general, Einstein dio un paso más: el tiempo se entrelaza con el espacio formando un tejido de cuatro dimensiones (el espacio tiempo) que se curva en presencia de masa y energía. Cerca de un agujero negro, el tiempo transcurre más despacio que en el espacio interestelar.

Einstein postuló que el tiempo y el espacio son inseparables, formando un tejido de cuatro dimensiones llamado espacio tiempo. Ese tejido puede curvarse y distorsionarse por la presencia de masa y energía, y el tiempo es una de sus dimensiones. Otra respuesta famosa del genio alemán a la pregunta «¿qué es el tiempo?» fue: «el tiempo es lo que mide el reloj». Esa afirmación, que parece tautológica, es en realidad una profunda declaración de que el tiempo no es una entidad absoluta, sino aquello que un sistema físico (un reloj) mide. No existe un «tiempo» universal, sino tiempos medidos por observadores en diferentes estados.

Una anécdota histórica célebre ocurrió en 1971 con el experimento de Hafele y Keating. Dos físicos volaron alrededor del mundo en aviones comerciales portando relojes atómicos de cesio. Al comparar sus lecturas con relojes en tierra, comprobaron experimentalmente las predicciones de Einstein: los relojes en movimiento registraron un desfase de microsegundos exacto al calculado teóricamente.

 

Desde tiempos inmemoriales el tiempo se vinculó directamente con la rotación terrestre. Hasta 1960, por ejemplo, el segundo se definía como 1/86 400 de un día solar medio. El problema es que la Tierra no gira con una regularidad perfecta: su rotación presenta pequeñas variaciones. Para la vida cotidiana son insignificantes, pero para la ciencia y la tecnología de alta precisión resultan decisivas.

Entrando en materia

El tiempo (del latín tempus; símbolo: t) es una magnitud física con la que se mide la duración o separación de acontecimientos. Para cada observador, el tiempo medido por dicho observador le permite ordenar los sucesos en tres conjuntos: un pasado, un futuro y un tercer conjunto de eventos ni pasados ni futuros respecto a otro. En la mecánica clásica a esa tercera clase se llama “presente”, y está formada por eventos simultáneos a uno en particular. Además, en esa mecánica, la división en pasado, presente y futuro es la misma para todos los observadores, hecho asociado a que en mecánica clásica el tiempo y el espacio son absolutos.

En la mecánica relativista el concepto de tiempo es más complejo: los hechos simultáneos (“presente”) son relativos al observador, salvo que se produzcan en el mismo lugar del espacio; por ejemplo, un choque entre dos partículas. Como consecuencia de lo anterior el tiempo y el espacio en mecánica relativista son relativos. La unidad básica para medir el tiempo en el Sistema Internacional es el segundo, cuyo símbolo es s (debido a que es un símbolo y no una abreviatura, no se debe escribir con mayúscula, ni se escribe como seg, sg o sec, ni agregando un punto posterior).

El tiempo ha sido durante mucho tiempo un importante tema de estudio en la religión, la filosofía y la ciencia, pero definirlo de manera aplicable a todos los campos sin circularidad ha eludido sistemáticamente a los estudiosos. No obstante, campos tan diversos como la economía, la industria, los deportes, las ciencias y las artes escénicas incorporan alguna noción de tiempo en sus respectivos sistemas de medición.

La naturaleza física del tiempo es abordada por la relatividad general con respecto a los eventos en el espacio tiempo. Ejemplos de eventos son la colisión de dos partículas, la explosión de una supernova o la llegada de un cohete. A cada suceso se le pueden asignar cuatro números que representan su tiempo y posición (las coordenadas del suceso). Sin embargo, los valores numéricos son diferentes para los distintos observadores. En la relatividad general, la pregunta de ¿qué hora es ahora? solo tiene sentido en relación con un observador concreto. La distancia y el tiempo están íntimamente relacionados y el tiempo necesario para que la luz recorra una distancia específica es el mismo para todos los observadores, como demostró públicamente por primera vez el experimento de Michelson y Morley. La relatividad general no aborda la naturaleza del tiempo para intervalos extremadamente pequeños en los que la mecánica cuántica es válida. En este momento, no existe una teoría generalmente aceptada de la relatividad general cuántica.

El tiempo es una de las siete cantidades físicas fundamentales tanto en el Sistema Internacional de Unidades (SI) como en el Sistema Internacional de Cantidades. El tiempo se utiliza para definir otras cantidades —como la velocidad— por lo que definir el tiempo en términos de dichas cantidades daría lugar a una circularidad de definición. Una definición operativa del tiempo, en la que se dice que la observación de un cierto número de repeticiones de uno u otro evento cíclico estándar (como el paso de un péndulo de movimiento libre) constituye una unidad estándar como el segundo, es muy útil tanto en la realización de experimentos avanzados como en los asuntos cotidianos de la vida. Para describir las observaciones de un acontecimiento, se suele anotar una ubicación (posición en el espacio) y un tiempo.

La definición operativa del tiempo no aborda cuál es su naturaleza fundamental. No aborda por qué los acontecimientos pueden ocurrir hacia adelante y hacia atrás en el espacio, mientras que los acontecimientos solo ocurren en el avance del tiempo. Las investigaciones sobre la relación entre el espacio y el tiempo llevaron a los físicos a definir el continuo espacio tiempo. La relatividad general es el marco principal para entender cómo funciona el espacio tiempo. A través de los avances en las investigaciones tanto teóricas como experimentales del espacio tiempo, se ha demostrado que el tiempo puede distorsionarse y dilatarse, particularmente en los bordes de los agujeros negros.

La medición del tiempo ha ocupado a los científicos y a los tecnólogos de la ingeniería, y fue una motivación primordial en la navegación y la astronomía. Los eventos periódicos y el movimiento periódico han servido durante mucho tiempo como estándares para las unidades de tiempo. Algunos ejemplos son el movimiento aparente del Sol en el cielo, las fases de la Luna, el movimiento de un péndulo y el latido del corazón. Actualmente, la unidad de tiempo internacional, el segundo, se define a partir de la medición de la frecuencia de transición electrónica de los átomos de cesio. El tiempo también tiene una importancia social significativa, ya que tiene un valor económico (“el tiempo es dinero”), así como un valor personal, debido a la conciencia del tiempo limitado en cada día y en la duración de la vida humana.

En mecánica clásica el tiempo se concibe como una magnitud absoluta, es decir, es un escalar cuya medida es idéntica para todos los observadores (una magnitud relativa es aquella cuyo valor depende del observador concreto). Esa concepción del tiempo recibe el nombre de tiempo absoluto y está de acuerdo con la concepción filosófica de Kant, que establece el espacio y el tiempo como necesarios para cualquier experiencia humana. Kant asimismo concluyó que el espacio y el tiempo eran conceptos subjetivos. Mas, no por ello, Kant establecerá que tiempo y espacio sean dimensiones absolutas, ni en sí mismas, sí apoyadas, en cambio, por Newton y Leibniz respectivamente. Para Kant no son dimensiones sino formas puras de la intuición suministrada por la experiencia, de manera que, al no tratarse de magnitudes, no hay posible choque entre ellas. Fijado un evento, cada observador clasificará el resto de eventos según una división tripartita clasificándolos en (1) eventos pasados, (2) eventos futuros y (3) eventos ni pasados y ni futuros.

¿Qué es entonces el tiempo para la física?

No existe una respuesta única que sea válida para todos los niveles de descripción. En la física clásica de Newton, el tiempo se concebía como algo universal: transcurría de manera uniforme independientemente de lo que ocurriera en el universo. La relatividad cambió radicalmente esa imagen. El tiempo forma parte del espacio-tiempo, y las mediciones temporales dependen del estado de movimiento y del campo gravitatorio.

La física moderna también distingue entre diferentes conceptos relacionados: Tiempo propio: el intervalo medido por un reloj que acompaña a un determinado objeto o sistema. Tiempo coordinado: una herramienta matemática utilizada para describir acontecimientos desde un determinado sistema de referencia. Tiempo atómico: escalas temporales construidas mediante relojes atómicos. Tiempo astronómico: relacionado con la rotación y el movimiento orbital de la Tierra. Tiempo termodinámico: relacionado con la dirección en la que aumenta la entropía y, por ello, con nuestra experiencia de pasado y futuro. Esas categorías no son simplemente diferentes nombres para la misma cosa. Responden a necesidades físicas y metrológicas distintas.

La paradoja cotidiana: ¿por qué distinguimos pasado y futuro?

Muchas de las ecuaciones fundamentales de la física microscópica permiten, en determinadas condiciones, describir procesos tanto hacia adelante como hacia atrás en el tiempo. Sin embargo, nuestra experiencia macroscópica es claramente asimétrica.

Todos hemos tenido la experiencia de que se nos caiga un vaso de la mano y verlo hacerse añicos. Pero nunca hemos visto que esos fragmentos se unan, conformen nuevamente al vaso y éste vuelva a nuestra mano. Ese fenómeno, conocido como la «flecha del tiempo» (término acuñado por el astrofísico Arthur Eddington en 1927), encuentra su explicación habitual en la Segunda Ley de la Termodinámica y la entropía. En términos generales, los sistemas macroscópicos evolucionan hacia estados que, estadísticamente, corresponden a un mayor número de configuraciones microscópicas posibles.

Sin embargo, esto no significa que los físicos hayan resuelto definitivamente el origen último de la flecha del tiempo. Una cuestión abierta es por qué el universo temprano se encontraba en un estado de entropía extraordinariamente baja. La relación entre las condiciones iniciales del universo y la aparición de la flecha temporal continúa siendo objeto de investigación. Conviene distinguir dos afirmaciones: La relatividad explica que el tiempo no es universal. La termodinámica ayuda a explicar por qué percibimos una dirección temporal. Son problemas relacionados, pero no equivalentes.

Segunda Ley de la Termodinámica establece que la entropía, o el grado de desorden de un sistema, siempre tiende a aumentar con el tiempo. El universo, en su conjunto, pasa de un estado de alto orden (el momento del Big Bang) a un estado de máximo desorden o equilibrio térmico. La percepción de que el tiempo fluye del pasado al futuro es, en esencia, la conciencia de ese incremento universal de la entropía. La flecha del tiempo, por lo tanto, no es una propiedad fundamental del espacio tiempo, sino una consecuencia de la evolución termodinámica del universo.

Sin embargo, la física moderna no descarta la posibilidad de que el tiempo pudiera, en teoría, fluir en ambas direcciones. Algunas ecuaciones matemáticas que describen el universo pueden resolverse con valores de tiempo tanto positivos como negativos. Eso ha llevado a teorías especulativas, como la de «dos flechas de tiempo», en la que el Big Bang no fue un punto de partida único, sino un momento de alta organización a partir del cual emergieron dos universos con flechas de tiempo opuestas.

Si se utiliza el término “reservas” para referirse a las principales cautelas científicas, se podrían señalar algunas. Primera reserva: medir el tiempo no equivale a explicar qué es. Un reloj extremadamente preciso permite comparar intervalos, pero no resuelve por sí mismo la cuestión filosófica y física de la naturaleza fundamental del tiempo. Segunda reserva: la relatividad y la mecánica cuántica todavía no han establecido una teoría completa común de la gravedad. La relatividad general describe extraordinariamente bien la gravedad a escala macroscópica, mientras que la mecánica cuántica describe con enorme precisión el mundo microscópico. Una teoría cuántica de la gravedad sigue siendo uno de los grandes objetivos de la física fundamental.

Tercera reserva: la flecha del tiempo sigue siendo conceptualmente problemática. Se sabe describir muy bien el aumento de entropía en sistemas macroscópicos, pero la relación entre esa asimetría, las leyes microscópicas y las condiciones iniciales del universo continúa siendo un área activa de investigación. Cuarta reserva: la rotación terrestre no es perfectamente uniforme. Eso obliga a mantener diferentes escalas temporales y a relacionar cuidadosamente el tiempo atómico con el astronómico. La necesidad de reconciliar ambos ha generado incluso debates actuales sobre el futuro de los segundos intercalares.

Los relojes atómicos.

El salto decisivo llegó a mediados del siglo XX. En la década de 1930, el físico Isidor Isaac Rabi desarrolló técnicas para estudiar las resonancias de átomos y moléculas. La idea era extraordinariamente sencilla en principio: si la naturaleza proporciona una frecuencia extremadamente estable, se puede utilizar como referencia temporal. En 1949, el National Bureau of Standards estadounidense —actual NIST— presentó el primer reloj atómico, basado en la molécula de amoníaco. El dispositivo no fue mucho más preciso que algunos relojes existentes, pero demostró que era posible utilizar las propiedades microscópicas de la materia como referencia temporal.

Hay una pequeña anécdota que ilustra lo contraintuitiva que resultaba esa tecnología: el primer reloj atómico estadounidense ocupaba un espacio considerable y tenía un reloj convencional con esfera para que quienes lo vieran entendieran que aquella gran estructura de laboratorio era, efectivamente, un reloj.

El 24 de mayo de 1955, en el National Physical Laboratory (NPL) de Teddington, Inglaterra, los físicos británicos Louis Essen y Jack Parry hicieron funcionar por primera vez un reloj que no dependía de un péndulo, un cristal de cuarzo ni de la rotación planetaria, sino de las vibraciones de un átomo. Essen llevaba años proponiendo el proyecto y no obtuvo respaldo hasta 1950, cuando un nuevo director del NPL mostró interés; aun así, el presupuesto seguía siendo escaso. Junto con Parry, Essen dedicó largas jornadas a medir campos electromagnéticos e instalar equipos de alto vacío para contener el cesio. El resultado fue el primer reloj atómico de cesio del mundo, capaz de mantener el tiempo con un error de apenas un segundo en trescientos años, una precisión inédita hasta entonces.

Ese hallazgo tuvo consecuencias que trascendieron el laboratorio. En 1967, los relojes atómicos de cesio habían alcanzado una fiabilidad suficiente como para que la Oficina Internacional de Pesas y Medidas adoptara la frecuencia de vibración de esos dispositivos como el nuevo patrón para definir la unidad de tiempo. Desde entonces, un segundo dejó de estar atado a la rotación terrestre y pasó a definirse como la duración de 9 192 631 770 ciclos de la radiación asociada a una transición específica del átomo de cesio 133. Es, probablemente, la constante más precisa jamás fijada por acuerdo internacional.

Podría pensarse que semejante precisión es un lujo académico, pero ocurre justo lo contrario: sostiene buena parte de la infraestructura tecnológica contemporánea. La industria de las telecomunicaciones es uno de los mayores compradores de relojes atómicos, ya que los emplea para sincronizar los conmutadores de fibra óptica y las torres de telefonía móvil. Los sistemas de navegación satelital (GPS, Galileo, Glonas y BeiDou): funcionan con satélites que llevan a bordo relojes atómicos y calculan la posición de un receptor midiendo el tiempo que tarda una señal de radio en llegar hasta él. Un error de una millonésima de segundo se traduce en un error de posición de varios cientos de metros, por lo que esos sistemas deben corregir constantemente los efectos de la relatividad especial y general predichos por Einstein, ya que los relojes en órbita —al moverse más rápido y estar sometidos a menor gravedad— avanzan a un ritmo distinto al de un reloj en la superficie terrestre.

En los mercados financieros las operaciones de alta frecuencia se marcan con sellos de tiempo de precisión de microsegundos para determinar el orden legal de las transacciones. En la ciencia fundamental los relojes atómicos permiten poner a prueba la relatividad general, buscar indicios de materia oscura y, más recientemente, funcionar como sensores gravitacionales capaces de detectar diferencias de altura de apenas un par de centímetros mediante el efecto que la gravedad tiene sobre el paso del tiempo.

El desarrollo de los relojes atómicos no se detuvo en 1955. Los relojes de cesio de microondas, como el de Essen, fueron superados por los llamados relojes ópticos, que usan luz visible en lugar de microondas y, por ello, permiten subdividir el segundo con mucha más precisión. En 2024, un equipo del instituto JILA —una colaboración entre el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos y la Universidad de Colorado Boulder— presentaron un reloj de red óptica basado en átomos de estroncio tan preciso que, de usarse durante los próximos 30 mil millones de años, solo perdería un segundo en más del doble de la edad actual del universo. Un año antes, otro reloj del mismo laboratorio ya había logrado una estabilidad que le permitiría no adelantar ni atrasar un segundo en unos 15 mil millones de años, un plazo comparable a la edad estimada del cosmos. Esos avances no son solo una proeza técnica: allanan el camino para una futura redefinición del segundo que sustituya al cesio por un estándar óptico, algo que los organismos de metrología ya discuten activamente.

La precisión atómica trajo consigo una paradoja: los relojes atómicos son tan estables que dejaron en evidencia lo irregular que es, en comparación, la rotación de la Tierra, afectada por las mareas, los movimientos del núcleo líquido del planeta y otros factores geofísicos. Para compensar esa diferencia, desde 1972 se ha añadido un «segundo intercalar» (o bisiesto) cada vez que la brecha entre el tiempo atómico y el astronómico se acerca a 0.9 segundos, un ajuste aplicado 27 veces, la última en 2016. El problema es que esos segundos extra, al ser irregulares e impredecibles con años de antelación, generan fallos en sistemas informáticos, satelitales y de telecomunicaciones que dependen de un flujo continuo de tiempo.

Por eso, el 18 de noviembre de 2022, los 59 Estados miembros de la Conferencia General de Pesas y Medidas, reunidos en París, decidieron eliminar definitivamente el segundo intercalar a partir de 2035. La resolución, según explicó Patrizia Tavella, directora del departamento de tiempo de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM), permitirá un flujo continuo de segundos sin las discontinuidades que hoy provocan los ajustes irregulares, y da margen hasta 2035 para que la comunidad científica decida cómo reconciliar de nuevo el tiempo atómico con el astronómico. Fue, en cierto modo, la primera vez que la humanidad decidió formalmente dejar que sus relojes y el giro de su propio planeta se distancien.

Los hechos fundamentales en una cronología del tiempo

  • Antigüedad: relojes de sol y calendarios permiten organizar actividades humanas mediante ciclos astronómicos.
  • Siglos XVII-XVIII: los relojes mecánicos y los péndulos elevan considerablemente la precisión.
  • 1905: Einstein publica la relatividad especial y modifica radicalmente la concepción del tiempo.
  • 1915: se completa la formulación de la relatividad general.
  • 1949: El NIST presenta el primer reloj atómico, basado en amoníaco.
  • 1955: Louis Essen construye en el Reino Unido un reloj de haz de cesio suficientemente estable para servir como patrón.
  • 1960: Se abandona la definición del segundo basada directamente en el día solar.
  • 1967: el segundo pasa a definirse mediante el cesio 133.
  • 2018-2019: se revisa el Sistema Internacional y se reformula la definición del segundo mediante el valor fijado de la frecuencia de transición del cesio 133.
  • Siglo XXI: los relojes ópticos exploran niveles de precisión superiores y permiten investigar no solamente la medición del tiempo, sino también fenómenos relativistas y cuestiones fundamentales de la física.

Los grandes «productores» del concepto

  • Isaac Newton: tiempo absoluto.
  • Gottfried Wilhelm Leibniz: defendió que el tiempo es relacional, no una sustancia.
  • Immanuel Kant: propuso que el tiempo es una forma a priori de la intuición humana.
  • Ludwig Boltzmann: flecha termodinámica del tiempo.
  • Albert Einstein: tiempo relativo y entrelazado con el espacio.
  • Kurt Gödel: demostró en 1949 que las ecuaciones de Einstein permiten universos sin flujo temporal.
  • John Wheeler y Bryce DeWitt: formularon la ecuación de Wheeler-DeWitt (1967), donde el tiempo desaparece formalmente.
  • Stephen Hawking: hipótesis del «tiempo imaginario» y la ausencia de frontera inicial.
  • Carlo Rovelli y Lee Smolin: defensores de la gravedad cuántica de bucles y del tiempo emergente.
  • Julian Barbour: autor de The End of Time (1999), defiende un universo sin tiempo fundamental.

Un ejemplo ilustrativo de como alcanza la ciencia, es el siguiente. Giovanni Barontini, un físico cuántico de la Universidad de Birmingham, en Reino Unido, estaba un día en su casa mirando a su hijo de seis años mientras jugaba. El niño estaba construyendo su propio mundo con bloques, su propio y pequeño universo. Y Barontini pensó, «Esto es exactamente lo que hacemos nosotros en el laboratorio. Construimos pequeños universos de átomos ultrafríos.» Pero el físico se dio cuenta de algo más, de algo fundamental.

Si en ese universo de juguete no ocurre nada, si las piezas no se mueven, si no interactúan entre ellas, es como si el tiempo no existiera. Es decir, el tiempo para existir necesita que las cosas cambien. Y Barontini decidió llevar esa misma filosofía, esa idea hasta el extremo en su propio laboratorio. Lo que hizo junto a su equipo de investigadores fue crear un auténtico universo de bolsillo, para lo cual se tomaron unos 20 000 átomos de rubidio y usando un complejo sistema de láseres y campos electromagnéticos los enfriaron hasta casi alcanzar el cero absoluto (-273,15 grados Cesius). A esa temperatura tan extrema el universo literalmente se congela, la energía térmica desaparece y los átomos se quedan inmóviles, congelados.

Barontini dividió a esos átomos en dos grupos dentro de su miniuniverso. A uno lo llamó el sector brillante y al otro el sector oscuro. En ese estado inicial, con los dos grupos bien definidos y sin interactuar, el sistema estaba congelado, inmutable, no pasaba absolutamente nada, era un universo muerto, un universo sin tiempo. Y entonces llegó la magia, la magia cuántica.

Los investigadores usaron láseres para obligar a esos dos sectores de átomos a intercambiar partículas, a hablar entre sí. De repente los átomos brillantes y los oscuros empezaron a entrelazarse, a mezclarse, a interactuar entre ellos a nivel cuántico. Y al hacerlo ocurrió algo decisivo, cambió la entropía de ese universo y el tiempo se puso en marcha. Recuerde, que gráficamente, aunque no es exacto, la entropía es la medida del desorden.

Al cambiar la entropía en ese miniuniverso gracias a las interacciones, Barontini pudo definir matemáticamente un tiempo interno. Las interacciones cuánticas habían encendido el tiempo, encendido el reloj. Tomó ese nuevo tiempo y lo introdujo en la ecuación de Schrödinger; y los cálculos matemáticos encajaban perfectamente con lo que estaban observando físicamente en el laboratorio. Ese experimento sugiere algo revolucionario. El tiempo no es un reloj universal que está ahí desde el Big Bang y que ahí todo transcurre, ahí dentro de él. El tiempo no existe por sí mismo, es algo que emerge, es una cualidad que brota de las correlaciones cuánticas, del mero hecho de que las partículas se relacionen unas con otras.

 

Para terminar

 

La historia científica del tiempo puede resumirse como un desplazamiento desde los ciclos del cielo hacia las propiedades de la materia y, finalmente, hacia la geometría del universo. Primero se observó el movimiento del Sol. Después se construyeron péndulos y mecanismos. Más tarde se utilizaron cristales de cuarzo. Finalmente se aprendió a contar las oscilaciones asociadas a transiciones cuánticas de los átomos. Pero la paradoja permanece: cuanto mejor se mide el tiempo, menos sencillo resulta decir qué es.

La física contemporánea no considera el tiempo como un flujo universal idéntico para todos los observadores. La relatividad lo integra con el espacio y hace que su medida dependa del movimiento y de la gravedad; la termodinámica introduce una dirección macroscópica asociada a la entropía; y la metrología lo convierte en una magnitud reproducible con una precisión extraordinaria.

En ese sentido, un reloj no “detecta” una sustancia llamada tiempo. Compara acontecimientos mediante un proceso físico periódico. La precisión de esa comparación ha llegado a un nivel en el que puede revelar incluso que dos relojes idénticos, situados en condiciones físicas ligeramente distintas, no necesariamente acumulan exactamente el mismo tiempo. Ese resultado, que alguna vez habría parecido una paradoja, es hoy una herramienta tecnológica cotidiana.

Como señala el físico Chamkaur Ghag, «los físicos no se ponen de acuerdo a la hora de contestar la pregunta general de qué es el tiempo». Lo que sí ha quedado claro es que el tiempo no es un telón de fondo inmutable sobre el que ocurren los eventos, sino un actor dinámico y fundamental en el tejido mismo de la realidad.

Referencias.

  • Tiempo de beisbol

    Cuba, que no fue convocada a las dos últimas ediciones, dominó las citas de 2013…

  • Tiempo de Cocuyos

    Se trata de un ejemplar con ilustraciones de Wimar Verdecia Fuentes, María Esther Lemus e…

  • Actualizaciones en tiempo real

    La Empresa Eléctrica Sancti Spíritus refuerza su estrategia de comunicación con la población a través…

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