¿Qué Es El Tiempo Y Avanza siempre?

Imaginemos que el tiempo transcurre al revés. Las personas rejuvenecerían en lugar de envejecer y, tras una larga vida de rejuvenecimiento gradual —desaprendiendo todo lo que saben—, terminarían siendo un destello en los ojos de sus padres. Ese es el tiempo representado en una novela del escritor de ciencia ficción Philip K. Dick, pero, sorprendentemente, la dirección del tiempo también es un problema con el que lidian los cosmólogos.

Aunque damos por sentado que el tiempo tiene una dirección determinada, los físicos no lo hacen: la mayoría de las leyes naturales son reversibles en el tiempo, lo que significa que funcionarían igual de bien si se definiera como un movimiento inverso. Entonces, ¿por qué el tiempo siempre avanza? ¿Y siempre lo hará?

¿Tiene el tiempo un principio?

Cualquier concepto universal del tiempo debe basarse, en última instancia, en la evolución del propio cosmos. Al contemplar el universo, vemos eventos que sucedieron en el pasado; tarda la luz en llegar hasta nosotros. De hecho, incluso la observación más simple puede ayudarnos a comprender el tiempo cosmológico: por ejemplo, el hecho de que el cielo nocturno sea oscuro. Si el universo tuviera un pasado infinito y una extensión infinita, el cielo nocturno sería completamente brillante, lleno de la luz de un número infinito de estrellas en un cosmos que siempre ha existido.

Durante mucho tiempo, los científicos, incluido Albert Einstein, creyeron que el universo era estático e infinito. Desde entonces, las observaciones han demostrado que, de hecho, se expande a un ritmo acelerado. Esto significa que debió originarse a partir de un estado más compacto que llamamos Big Bang, lo que implica que el tiempo sí tiene un comienzo. De hecho, si buscamos luz con la edad suficiente, incluso podemos ver la radiación residual del Big Bang: el fondo cósmico de microondas. Comprender esto fue un primer paso para determinar la edad del universo (véase más adelante).

Pero hay un inconveniente: la teoría especial de la relatividad de Einstein demuestra que el tiempo es… relativo: cuanto más rápido te muevas en relación conmigo, más lento pasará el tiempo para ti en relación con mi percepción del tiempo. Así pues, en nuestro universo de galaxias en expansión, estrellas giratorias y planetas en movimiento, la experiencia del tiempo varía: todo, el pasado, el presente y el futuro, es relativo.

¿Existe entonces un tiempo universal en el que todos podamos estar de acuerdo?

La línea de tiempo del universo. Diseño de Alex Mittelmann, Coldcreation/wikimedia, CC BY-SA

Resulta que, dado que el universo es, en promedio, el mismo en todas partes y se ve igual en todas las direcciones, existe un "tiempo cósmico". Para medirlo, basta con medir las propiedades del fondo cósmico de microondas. Los cosmólogos lo han utilizado para determinar la edad del universo; su edad cósmica. Resulta que el universo tiene 13.799 millones de años.

La flecha del tiempo

Sabemos que el tiempo probablemente comenzó durante el Big Bang. Pero persiste una pregunta persistente: ¿qué es exactamente el tiempo?

Para desentrañar esta cuestión, debemos analizar las propiedades básicas del espacio y el tiempo. En la dimensión espacial, podemos avanzar y retroceder; quienes viajan diariamente al trabajo lo experimentan. Pero el tiempo es diferente, tiene una dirección; siempre avanzamos, nunca retrocedemos. Entonces, ¿por qué es irreversible la dimensión temporal? Este es uno de los principales problemas sin resolver de la física.

Para explicar por qué el tiempo mismo es irreversible, necesitamos encontrar procesos en la naturaleza que también lo sean. Uno de los pocos conceptos de este tipo en la física (¡y en la vida!) es que las cosas tienden a volverse menos ordenadas con el paso del tiempo. Esto se describe mediante una propiedad física llamada entropía, que codifica el grado de orden de algo.

Imaginemos una caja de gas donde todas las partículas se colocaron inicialmente en una esquina (un estado ordenado). Con el tiempo, intentarían llenar la caja por completo (un estado desordenado), y devolver las partículas a un estado ordenado requeriría energía. Esto es irreversible. Es como romper un huevo para hacer una tortilla: una vez que se extiende y llena la sartén, nunca volverá a su forma original. Lo mismo ocurre con el universo: a medida que evoluciona, la entropía general aumenta.

Lamentablemente, esto no se va a solucionar solo. Alex Dinovitser/wikimedia , CC BY-SA

Resulta que la entropía es una buena manera de explicar la flecha del tiempo. Y aunque parezca que el universo se está volviendo más ordenado en lugar de menos, pasando de un mar embravecido de gas caliente relativamente uniformemente disperso en sus etapas iniciales a estrellas, planetas, humanos y artículos sobre el tiempo, es posible, sin embargo, que esté aumentando su desorden. Esto se debe a que la gravedad asociada a las grandes masas podría estar atrayendo la materia hacia estados aparentemente ordenados, y el aumento del desorden que creemos que debe haber tenido lugar está de alguna manera oculto en los campos gravitacionales. Por lo tanto, el desorden podría estar aumentando aunque no lo veamos.

Pero dada la tendencia de la naturaleza a preferir el desorden, ¿por qué el universo comenzó en un estado tan ordenado? Esto aún se considera un misterio. Algunos investigadores argumentan que el Big Bang podría no haber sido el comienzo; de hecho, podría haber "universos paralelos" donde el tiempo transcurre en direcciones diferentes.

¿Se acabará el tiempo?

El tiempo tuvo un comienzo, pero su fin dependerá de la naturaleza de la energía oscura que provoca su expansión acelerada. Esta expansión podría desgarrar el universo, obligándolo a terminar en un Big Rip; también podría desintegrarse, revirtiendo el Big Bang y terminando el universo en un Big Crunch; o el universo podría simplemente expandirse indefinidamente.

Pero ¿alguno de estos escenarios futuros pondría fin al tiempo? Pues bien, según las extrañas reglas de la mecánica cuántica, diminutas partículas aleatorias pueden surgir momentáneamente del vacío, algo que se observa constantemente en los experimentos de física de partículas. Algunos han argumentado que la energía oscura podría causar estas "fluctuaciones cuánticas", dando lugar a un nuevo Big Bang, poniendo fin a nuestra línea temporal y comenzando una nueva. Si bien esto es extremadamente especulativo y muy improbable, lo que sí sabemos es que solo cuando comprendamos la energía oscura conoceremos el destino del universo.

Entonces, ¿cuál es el resultado más probable? Solo el tiempo lo dirá.