Què és El Temps I Sempre avança?

Imagineu-vos que el temps corre cap enrere. La gent es faria més jove en lloc d'envellir i, després d'una llarga vida de rejoveniment gradual –desaprenent tot el que saben– acabarien com un centelleig als ulls dels seus pares. Aquest és el temps tal com es representa en una novel·la de l'escriptor de ciència ficció Philip K Dick, però, sorprenentment, la direcció del temps també és un problema amb el qual els cosmòlegs estan tractant.

Tot i que donem per suposat que el temps té una direcció determinada, els físics no: la majoria de les lleis naturals són "reversibles en el temps", el que significa que funcionarien igual de bé si el temps es definiés com una marxa enrere. Aleshores, per què el temps sempre avança? I sempre ho farà?

El temps té un començament?

Qualsevol concepte universal del temps s'ha de basar en última instància en l'evolució del propi cosmos. Quan mireu l'univers, observeu esdeveniments que van passar en el passat; triga un temps de llum a arribar-nos. De fet, fins i tot l'observació més senzilla ens pot ajudar a entendre el temps cosmològic: per exemple, el fet que el cel nocturn és fosc. Si l'univers tingués un passat infinit i tingués una extensió infinita, el cel nocturn seria completament brillant, ple de la llum d'un nombre infinit d'estrelles en un cosmos que sempre havia existit.

Durant molt de temps els científics, inclòs Albert Einstein, van pensar que l'univers era estàtic i infinit. Des de llavors, les observacions han demostrat que de fet s'està expandint i a un ritme accelerat. Això vol dir que s'ha d'haver originat en un estat més compacte que anomenem el Big Bang, la qual cosa implica que el temps sí que té un començament. De fet, si busquem llum prou antiga, fins i tot podrem veure la radiació relíquia del Big Bang: el fons còsmic de microones. Adonar-se d'això va ser un primer pas per determinar l'edat de l'univers (vegeu més avall).

Però hi ha un problema, la teoria especial de la relativitat d'Einstein, mostra que el temps és... relatiu: com més ràpid et mous respecte a mi, més lent passarà el temps en relació amb la meva percepció del temps. Així, en el nostre univers de galàxies en expansió, estrelles giratòries i planetes que giran, les experiències del temps varien: el passat, el present i el futur de tot és relatiu.

Hi ha, doncs, un moment universal en el qual tots podríem estar d'acord?

Línia temporal de l'univers. Disseny Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Resulta que com que l'univers és de mitjana igual a tot arreu i, de mitjana, sembla igual en totes direccions, existeix un "temps còsmic". Per mesurar-ho, només hem de mesurar les propietats del fons còsmic de microones. Els cosmòlegs han utilitzat això per determinar l'edat de l'univers; la seva edat còsmica. Resulta que l'univers té 13.799 milions d'anys.

La fletxa del temps

Així que sabem que el temps probablement va començar durant el Big Bang. Però hi ha una pregunta persistent: què és exactament el temps?

Per desempaquetar aquesta pregunta, hem de mirar les propietats bàsiques de l'espai i el temps. En la dimensió de l'espai, pots moure't cap endavant i cap enrere; els viatgers viuen això cada dia. Però el temps és diferent, té una direcció, sempre avances, mai al revés. Aleshores, per què la dimensió del temps és irreversible? Aquest és un dels principals problemes no resolts de la física.

Per explicar per què el temps en si és irreversible, hem de trobar processos a la natura que també siguin irreversibles. Un dels pocs conceptes d'aquest tipus en física (i en la vida!) és que les coses tendeixen a ser menys "ordenades" a mesura que passa el temps. Ho descrivim utilitzant una propietat física anomenada entropia que codifica com està ordenada una cosa.

Imagineu una caixa de gas en què inicialment totes les partícules estaven col·locades en una cantonada (un estat ordenat). Amb el temps, naturalment, buscarien omplir tota la caixa (un estat desordenat) i tornar a posar les partícules en un estat ordenat requeriria energia. Això és irreversible. És com trencar un ou per fer una truita: un cop s'estengui i ompli la paella, mai tornarà a tenir forma d'ou. Passa el mateix amb l'univers: a mesura que evoluciona, l'entropia global augmenta.

Malauradament, això no es netejarà per si mateix. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Resulta que l'entropia és una bona manera d'explicar la fletxa del temps. I encara que pugui semblar que l'univers s'està ordenant més que menys, passant d'un mar salvatge de gas calent distribuït de manera relativament uniforme en les seves primeres etapes a estrelles, planetes, humans i articles sobre el temps, és possible, tanmateix, que augmenti en desordre. Això es deu al fet que la gravetat associada a grans masses pot estar arrossegant la matèria a estats aparentment ordenats, amb l'augment del desordre que creiem que s'ha d'haver produït s'amaga d'alguna manera als camps gravitatoris. Així que el desordre podria anar augmentant encara que no ho veiem.

Però donada la tendència de la natura a preferir el desordre, per què l'univers va començar en un estat tan ordenat en primer lloc? Això encara es considera un misteri. Alguns investigadors argumenten que el Big Bang potser ni tan sols ha estat el començament, de fet pot haver-hi "universos paral·lels" on el temps corre en diferents direccions.

S'acabarà el temps?

El temps va tenir un començament, però si tindrà un final depèn de la naturalesa de l'energia fosca que està fent que s'expandeixi a un ritme accelerat. El ritme d'aquesta expansió pot acabar destrossar l'univers, obligant-lo a acabar en un Big Rip; alternativament, l'energia fosca pot decaure, invertint el Big Bang i acabant amb l'Univers en un Big Crunch; o l'Univers pot simplement expandir-se per sempre.

Però algun d'aquests escenaris futurs acabarà el temps? Bé, segons les estranyes regles de la mecànica quàntica, petites partícules aleatòries poden sortir momentàniament del buit, cosa que es veu constantment en experiments de física de partícules. Alguns han argumentat que l'energia fosca podria provocar aquestes "fluctuacions quàntiques" donant lloc a un nou Big Bang, acabant la nostra línia de temps i començant-ne una de nova. Tot i que això és extremadament especulatiu i molt poc probable, el que sí sabem és que només quan entenem l'energia fosca sabrem el destí de l'univers.

Aleshores, quin és el resultat més probable? Només el temps ho dirà.