Cuando hablamos del tiempo, podemos explicarlo como la observación de recordar el pasado y no el futuro. Por ejemplo, tenemos acceso a libros de historia y cualquier tipo de registro de cosas que hayan sucedido, pero no hay nada sobre lo que viene. ¿Por qué sucede esto?, ¿por qué el tiempo va hacia delante solamente? Aquí trataremos de explicarlo.
Si bien la explicación anterior parece bastante simple, hay un enigma al respecto. Ya que las leyes de la física son simétricas, por lo que funcionan independientemente de la forma en la que te muevas en el tiempo. Por ejemplo, imagina ver un video de un huevo caer de una mesa y romperse en el piso. Si ves el mismo video en retroceso verás cómo las grietas y pedazos de huevo se recogen reorganizándose cuidadosamente, la misma energía obliga la huevo a saltar del piso a la mesa, obedeciendo también a las leyes de la física.
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Entonces, ¿por qué el tiempo va hacia delante y nunca en retroceso?
Hay muchas explicaciones al respecto, pero la mayoría se basa en la idea de que la flecha del tiempo es generada por un aumento de la entropía. La entropía es una medida de lo desordenado de un sistema y esta no es simétrica. Esto es conocido como la segunda ley de la termodinámica, “a la larga cualquier sistema lo suficientemente grande siempre aumentará en entropía, se moverá de un estado ordenado a uno más desordenado”.
Debido a que la entropía es unidireccional, se cree que dicta la dirección en la que va el tiempo.
Imagina tener medio salero con sal y luego verter pimienta en él. Al principio lo verías ordenado en capas, pero cada vez que lo sacudes la sal y la pimienta se mezclan, se desordena. Eso es entropía, y al ser un proceso unidireccional existe la hipótesis de que de alguna manera esto dicta la dirección en la que apunta el tiempo.
Pero esta explicación tiene dos problemas, y es que la entropía tiene un límite superior. Pero otro problema es que para ver un aumento en la entropía, se necesita una configuración inicial. Al ver el universo esto requiere de una explicación, un estado inicial muy organizado es una configuración aleatoria muy poco probable.
Un modelo del universo con gravedad como fuerza dominante
Para sortear los problemas anteriores, fue creado un modelo que es una aproximación del universo a gran escala, siendo la gravedad la fuerza dominante y el universo lleno de partículas. En este modelo, no está incluida ninguna otra fuerza, ni ondas gravitacionales ni materia oscura.
La razón por la que no se necesita ninguna otra fuerza, básicamente es por el hecho de que la gravedad a diferencia de otras fuerzas, es universalmente atractiva. Esto significa que debido a la acumulación inicial de partículas, mientras la gravedad comienza a atraer, el universo se fragmenta en grupos que se vuelven cada vez más densos.
La razón por la que la estructura no se derrumbó sobre sí mismo, es que el universo siempre se está expandiendo. Esta expansión se implementa en el modelo al decir que la distancia más grande y la más pequeña entre partículas aumenta constantemente. Esto es algo importante, ya que en un sistema en expansión dominado por la gravedad, sucede algo interesante. La complejidad del universo crece ilimitadamente sin importar la posición inicial en que haya estado.
Cuando un sistema en expansión es dominado por la gravedad, puede crecer infinitamente sin importar su configuración inicial
Otros fenómenos físicos distintos a la gravedad
Si observamos un átomo en descomposición, siempre verás que se descompone en uno más ligero y nunca en uno más pesado. Esto sigue el hecho de que el tiempo va hacia delante y no tiene que ver con la gravedad. Pero no es totalmente cierto, ya que ese átomo tuvo que estar en un estado inicial especial donde fue capaz de descomponerse.
En el modelo del universo primitivo, la gravedad era la fuerza dominante, generando estados iniciales atípicos. Mientras se expandía, la gravedad dejaba de ser la fuerza dominante para pequeños subsistemas como el átomo, provocando a todas las otras flechas de tiempo ir hacia delante.
¿El universo primitivo pudo tener varias flechas de tiempo en distintas direcciones?
Sí, es posible y se llama hipogénesis a la idea de que en algún momento el universo primitivo contaba con distintas flechas de tiempo desordenadas. Pero como la gravedad era la fuerza dominante, eventualmente provocó que todas apuntaran a la misma dirección. Antes de eso, no existía el espacio-tiempo como lo experimentamos hoy en día.