Unos físicos crearon un universo en miniatura y observaron que el tiempo surgió sin necesidad de un reloj
Un experimento con átomos enfriados casi hasta el cero absoluto reveló que el paso del tiempo puede medirse a partir de los cambios internos de un sistema cuántico, sin depender de un reloj externo.
La República en Google¿Qué pasaría si el tiempo no fuera un elemento fundamental del universo, sino que surgiera de los cambios que ocurren dentro de él? Un experimento dirigido por el físico Giovanni Barontini, de la Universidad de Birmingham, ofrece una nueva forma de investigar esta posibilidad. El científico construyó un universo en miniatura con aproximadamente 24.000 átomos y consiguió medir el paso del tiempo sin utilizar un reloj externo.
El hallazgo, publicado en la revista Physical Review Research, aporta evidencia experimental a una de las ideas más intrigantes de la física: el tiempo podría no ser un componente esencial de la realidad, sino una propiedad que emerge de las relaciones y transformaciones entre las partes de un sistema. Para demostrarlo, el equipo recurrió a un conjunto de átomos enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto, donde los fenómenos cuánticos adquieren especial importancia.
¿Por qué algunos físicos creen que el tiempo no es fundamental?
En la vida cotidiana, el tiempo parece avanzar de manera constante. Los segundos transcurren, los planetas giran y los acontecimientos suceden en una secuencia que distingue claramente el pasado del futuro. Sin embargo, algunas teorías físicas plantean que esta percepción podría no corresponder con lo que ocurre en los niveles más fundamentales del universo.
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Una de ellas es la ecuación de Wheeler-DeWitt, utilizada en determinados intentos de combinar la mecánica cuántica con la gravedad. Este planteamiento permite describir el universo como un único estado cuántico que no necesita un reloj externo para definir su evolución. Esto genera una pregunta difícil: si no existe un reloj que marque el paso de los segundos, ¿cómo se determina qué ocurrió primero y qué sucedió después?
Una posible respuesta es que el tiempo surja de las relaciones cambiantes entre las distintas partes del universo. Barontini decidió investigar si esta idea podía comprobarse mediante un experimento controlado.
¿Cómo crearon un universo en miniatura con 24.000 átomos?
Para construir su modelo, el investigador utilizó una nube de aproximadamente 24.000 átomos, enfriados a unos pocos milmillonésimos de grado por encima del cero absoluto. El sistema permaneció aislado del entorno y fue dividido en dos regiones mediante dos haces de láser con frecuencias diferentes.
Una de ellas fue denominada región brillante, porque era la parte observada del experimento, mientras que la otra recibió el nombre de región oscura. Aunque el conjunto estaba aislado del exterior, los átomos podían desplazarse entre ambas zonas.
La región brillante experimentó ciclos repetidos de expansión y contracción. Estos movimientos imitaban, de manera simplificada, dos acontecimientos hipotéticos de la evolución cósmica: el Big Bang, asociado con la expansión, y el Big Crunch, una posible contracción del universo.
Los científicos no reprodujeron realmente el nacimiento ni el colapso del cosmos. Crearon un modelo cuántico que permitió estudiar cómo podrían ordenarse los acontecimientos sin depender de un reloj externo.
¿Cómo consiguieron medir el tiempo sin utilizar un reloj?
La clave estuvo en la entropía, un concepto relacionado con la distribución de las partículas y la energía dentro de un sistema. En lugar de contar segundos o minutos, Barontini utilizó los cambios en la distribución de los átomos para establecer una medida interna del tiempo.
A medida que las partículas se desplazaban entre las regiones brillante y oscura, la distribución dentro de la primera cambiaba. Estas transformaciones permitieron establecer una secuencia temporal, incluso cuando el sistema alternaba entre expansión y contracción.
El investigador denominó a este fenómeno «tiempo entrópico». Su avance no siempre ocurre al mismo ritmo: puede acelerarse o ralentizarse según los cambios de entropía. Cuando la distribución de las partículas deja de modificarse, esta medida interna deja de avanzar.
Esto no significa que el tiempo se detuviera literalmente en el laboratorio, sino que desaparecía la evolución de la medida temporal definida mediante esos cambios.
¿Qué revela el experimento sobre el origen del tiempo?
Uno de los resultados más importantes fue que el tiempo entrópico avanzaba en una sola dirección y permitía ordenar correctamente los acontecimientos. Esta característica se relaciona con la llamada flecha del tiempo, que explica por qué distinguimos el pasado del futuro.
"Este estudio proporciona la primera evidencia experimental controlada de que el ‘tiempo’ puede definirse mediante cambios dentro de un sistema, en lugar de recurrir al ‘tic-tac’ de un reloj externo, que es como pensamos habitualmente en el tiempo. Ofrece nuevos conocimientos sobre la naturaleza del tiempo en la gravedad cuántica y podría utilizarse para describir la dinámica con la misma eficacia que el tiempo convencional", explicó Barontini.
El equipo también demostró que una versión de la ecuación de Schrödinger, fundamental para la mecánica cuántica, puede expresarse utilizando el tiempo entrópico. Esto significa que esta medida interna permite describir y predecir la evolución del sistema.
Aunque el descubrimiento no demuestra que el tiempo sea una ilusión, abre nuevas posibilidades para estudiar su naturaleza. Futuros experimentos podrían aplicar este método a sistemas cuánticos más complejos y explorar modelos relacionados con el Big Bang, el Big Crunch e incluso los agujeros negros.
