Tiempo

El inicio de año es un momento especial, el inicio de un nuevo ciclo, y aunque este periodo es un tanto subjetivo, este nos permite estimar y apreciar el tiempo como un flujo continuo, constante y permanente. Más el tiempo tiene profundas implicaciones si lo asociamos con los aspectos de la física.

El tiempo

Refiriéndonos al tiempo, este es un concepto que en sí es difícil de explicar, pero que claramente entendemos; es algo que, en nuestra apreciación está asociado a nuestra existencia.

En la ciencia, el tiempo es principalmente entendido como una medida, es lo que un reloj nos indica, y es considerado como un flujo infinitamente divisible, aun cuando lo midamos de forma discreta, en segundos. Este factor es una parte integral de la física clásica, Newtoniana o no-relativista, en la que el tiempo era considerado como una progresión consistente para todo y todos, esta forma del tiempo es lo que la gente en general experimenta como fluye el tiempo.

El primer cambio radical sobre el la comprensión del tiempo vino con el concepto de la relatividad, a inicios del siglo veinte; donde el tiempo ya no es considerado como un absoluto, sino que es dependiente de las condiciones de quien lo observa; y con la inclusión de fenómenos como la dilatación del tiempo, que puede ser causado por el movimiento rápido de un objeto o por la acción extrema de la gravedad, modelo que se  se ha convertido la norma en el mundo de la física y es indispensable en ciertos servicios que usamos cotidianamente, como los servicios de navegación por GPS (Sistema de Posicionamiento Global).

La flecha del tiempo.

Mas el tiempo, como un fenómeno físico tiene una propiedad que todos nosotros comprendemos muy bien, y es que este fluye en una sola dirección, todos tenemos claro que el tiempo transcurre de un fijo e inmutable pasado, que es accesible ya sea como memorias o registros, hacia un incierto e indeterminado futuro el cual no es precisamente fijo, y es el presente lo que en realidad experimentamos; siendo este solo el límite donde el pasado y el futuro se encuentran. Este flujo en una sola dirección es lo que se denomina como “la flecha del tiempo”, donde los fenómenos físicos son irreversibles, por ejemplo, es muy simple romper un plato de cristal, mas es muy difícil (o improbable), si no imposible que este plato espontáneamente se reintegre o “des-rompa” estando tal y como se estaba antes de romperse. Es prácticamente inconcebible el considerar que esta progresión pueda suceder en otra forma. Es esta progresión a través de diferentes momentos lo que se asocia con el flujo del tiempo del pasado al futuro.

Flecha del tiempo (wikipedia.org)

La flecha del tiempo está asociada a dos fenómenos físicos fundamentales, la segunda ley de la termodinámica y el concepto de simetrías en la física.

Simetrías

Las simetrías son más comúnmente asociadas a aspectos de estética y belleza; pero en física las simetrías tienen que ver con las características matemáticas de un sistema, donde sus características se conservan en tiempo y el espacio después de aplicar una transformación. Es por esto por lo que también se les denomina leyes de conservación, descubrimiento hecho por Emmy Noether, con su Teorema que lleva su nombre, y que proclama que cada simetría tiene una ley de conservación asociada.

Emmy Noether (sciencenews.org)

Probablemente el ejemplo mas simple de una simetría que es intuitiva para todos nosotros es la simetría bilateral. La mayoría de los rostros humanos se aproximan mucho a una simetría bilateral; un cambio como una marca o lunar en un lado del rostro rompe esta simetría. Otros ejemplos son los de la simetría de un triskelion (mostrado abajo), donde una rotación de 120 grados conserva la misma apariencia, o la simetría perfecta de una esfera, donde sin importar que rotación le sea aplicada, la esfera sigue luciendo de la misma forma. Estas propiedades acontecen también en la naturaleza, tales como la ley de conservación de energía o conservación de carga eléctrica.

Triskelion – Simetría rotacional (wikipedia.org)

¿Mas que tiene que ver todo esto con el tiempo? Bien, el tiempo es uno de los casos en que, opuestos a las simetrías en la naturaleza, es una asimetría, donde no podemos aplicar una transformación temporal y mantener las mismas características, esto es debido a la tendencia natural de la materia a mantener un estado de mínima energía, efecto que esta íntimamente relacionado a la segunda ley de la termodinámica.

Segunda ley de la termodinámica

¿Por qué el tiempo está relacionado con la termodinámica? Si estas familiarizado con la segunda ley, la misma establece que “el nivel de entropía total de un sistema aislado siempre está en aumento”, esta ley que fue resultado de los trabajos de Sadi Carnot, Rudolf Clausius y Eduard Boltzmann, entre otros, en síntesis, describe que la entropía o “desorden” de un sistema siempre está en aumento. Y esto implica que todo lo que nos rodea, y el universo en sí tiende a fluir de un estado de orden a uno de desorden. Otra forma de distinguir esta ley es en el intercambio de temperatura, donde el calor fluye siempre de un objeto más cálido (un estado de orden), a uno más frio (un estado de desorden), y nunca en reversa.

Entropia y desorden  (autodesk.com)

La termodinámica y las implicaciones de la segunda ley son considerables. El universo está perdiendo energía utilizable (o más bien dispersando su energía), de forma constante. El universo tuvo un inicio finito, sabemos que este ocurrió alrededor de 13.8 mil millones de años, el momento en el que tenía cero-entropía o en el que éste estaba en su estado de máximo orden. Y desde el Big Bang, el universo ha estado, continuamente perdiendo energía; esto continuará hasta que el último rastro de orden desaparezca en el universo, y donde lo que quedará como remanente es un mar infinito de partículas homogéneamente distribuidas, donde la energía estará totalmente dispersa y no habrá estructuras con orden en el universo tal como planetas, estrellas, galaxias o agujeros negros, todo esto desaparecerá. En un momento en este futuro extremo ya no habrá más cambios, no habrá forma de distinguir la diferencia entre un momento y otro, y se puede deducir que lo que nos permite diferenciar el presente del pasado dejará de existir, estando todo exactamente en el mismo estado, tal y como en una fotografía, estático e inalterado, básicamente marcando el fin de la existencia del universo, y se puede decir que, por ende, el fin del tiempo.

Esta descripción es solo una hipótesis, una de tantas de cómo será la evolución y final del universo, la cual tiene un largo camino por recorrer, pues estimaciones conservadoras sobre cuánto tiempo puede tardar esto están en el orden de 10¹¹⁰ años (Numero representado por un uno seguido de ciento-diez ceros), así que esto está muy lejos en el futuro, si consideramos que el universo ha existido por 13.8 mil millones de años (o numéricamente 13,800,000,000 años). Así que, por ahora el tiempo continua, en la forma de un nuevo año; así que, feliz año 2019 a todos.

Saludos, Alex; ¡ScienceKindle!