El tiempo podría no ser un elemento fundamental del universo, sino una ilusión que emerge del entrelazamiento cuántico, la misteriosa conexión entre partículas distantes.

Lo descubrió un equipo de científicos y publicó el estudio en la revista Physical Review A.

Alessandro Coppo, físico del Consejo Nacional de Investigación de Italia y primer autor del trabajo, explica: "Existe una forma de introducir el tiempo que es consistente tanto con las leyes clásicas como con las cuánticas, y es una manifestación del entrelazamiento. La correlación entre el reloj y el sistema crea la emergencia del tiempo, un ingrediente fundamental en nuestras vidas".

Investigadores de la Universidad Técnica de Darmstadt, Alemania, y de la Universidad de Roskilde, Dinamarca, han descubierto que, en ciertos materiales, como el vidrio y algunos plásticos, el tiempo podría no ser tan unidireccional como generalmente se asume, al menos en un sentido molecular.

Publicado a principios de este año en la prestigiosa revista Nature Physics, el estudio revela que las moléculas dentro de estos materiales pueden experimentar movimientos reversibles en el tiempo, un fenómeno que desafía nuestra comprensión cotidiana de cómo transcurre el tiempo.

En la vida cotidiana, experimentamos el tiempo como si solo tuviera una dirección. 

No obstante, para los físicos, esto no es evidente: las fórmulas que describen los movimientos, desde las de Newton hasta la ecuación de Schrödinger, se aplican independientemente de la dirección del tiempo, o flecha del tiempo.

Por ejemplo, un vídeo de un péndulo oscilando sería igual si se reprodujera al revés.

Entonces, ¿por qué no vemos normalmente el tiempo transcurriendo hacia atrás?

La respuesta está en la segunda ley de la termodinámica, que establece que el desorden, o entropía, en un sistema crece constantemente.

En la vida diaria, esto se traduce en la imposibilidad de que una taza rota se reconstruya espontáneamente o que un huevo cocido vuelva a su estado original. 

Asimismo, los investigadores, liderados por Till Böhmer, fueron cuidadosos en señalar que, aunque las fluctuaciones moleculares son reversibles en el tiempo, esto no implica que el proceso de envejecimiento en sí sea reversible.

Los materiales continúan envejeciendo y acercándose a un estado de equilibrio dictado por la entropía general del sistema.

Por lo tanto, mientras que las pequeñas oscilaciones de las moléculas pueden aparecer y desaparecer sin afectar significativamente el tiempo general, no contribuyen al proceso de envejecimiento global del material.

Teoría del todo

En realidad, el tiempo viene siendo un problema complicado para los físicos desde hace mucho.

La inconsistencia de su comportamiento entre nuestras mejores teorías del universo contribuye a un estancamiento que impide a los investigadores encontrar una "teoría del todo", un marco para explicar toda la física del universo.

Para abordar este problema, los investigadores recurrieron a una teoría llamada mecanismo de Page y Wootters. Propuesta por primera vez en 1983, sugiere que el tiempo emerge para un objeto a través de su entrelazamiento cuántico con otro que actúa como reloj.

Para un sistema no entrelazado, por otro lado, el tiempo no existe, y el sistema percibe el universo como congelado e inmutable.

Los físicos aplicaron este mecanismo a dos estados cuánticos teóricos entrelazados pero no interactuantes: un oscilador armónico vibrante y un conjunto de pequeños imanes que actúan como reloj.

Con estos cálculos descubrieron que su sistema podía ser perfectamente descrito por la ecuación de Schrödinger, que predice el comportamiento de los objetos cuánticos.

Sin embargo, en lugar del tiempo, su versión de la famosa ecuación funcionaba según los estados de los pequeños imanes que actuaban como reloj.

El equipo dio un paso más allá al repetir sus cálculos dos veces, asumiendo primero que el reloj magnético y luego el oscilador armónico eran objetos macroscópicos (más grandes).

Sus ecuaciones se simplificaron en las de la física clásica, lo que sugiere que el flujo del tiempo es una consecuencia del entrelazamiento incluso para objetos a gran escala.

Evolución hacia estado más desordenados

En otras palabras, el hecho de que experimentemos el tiempo en una sola dirección no se debe a una limitación física, sino a la tendencia natural de los sistemas a evolucionar hacia estados más desordenados.

Ahora, no obstante, al estudiar los movimientos moleculares en el vidrio y otros materiales similares, los científicos han descubierto que estos pueden ser reversibles cuando se observan bajo ciertas condiciones.

Este fenómeno fue capturado por primera vez gracias a un experimento sumamente preciso y complejo. 

Utilizando una cámara de alta sensibilidad, el equipo registró cómo la luz láser dispersada por una muestra de vidrio formaba patrones de interferencia.

Estos patrones, al ser analizados estadísticamente, revelaron fluctuaciones moleculares que parecían no distinguir entre el pasado y el futuro, es decir, eran reversibles en el tiempo.

Este fenómeno se denomina "tiempo material", un concepto formulado hace 50 años y que sugiere que, como el tiempo propio en la teoría de la relatividad, el tiempo dentro de estos fluye a un ritmo diferente, dependiendo de la rapidez con la que se reorganizan sus moléculas. 

"Creemos firmemente que la dirección correcta y lógica es partir de la física cuántica y entender cómo llegar a la física clásica, no al revés", afirma Coppo.

Construir teorías del tiempo desde cero a partir de la mecánica cuántica puede ser un punto de partida prometedor, siempre que puedan adaptarse a los experimentos.