{"id":8791,"date":"2013-05-18T06:17:14","date_gmt":"2013-05-18T05:17:14","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=8791"},"modified":"2013-05-18T06:17:14","modified_gmt":"2013-05-18T05:17:14","slug":"la-flecha-del-tiempo-ii","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2013\/05\/18\/la-flecha-del-tiempo-ii\/","title":{"rendered":"La Flecha del Tiempo II"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a><\/p>\n

Hoy Igor Smolyaninov de la Universidad de Maryland en College Park, dice que es posible recrear la flecha del tiempo dentro de un metamaterial. Tal experimento, dice, permite el estudio experimental de uno de los mayores misterios de la ciencia: Por qu\u00e9 la flecha del tiempo cosmol\u00f3gica es la misma que la termodin\u00e1mica. Al mismo tiempo, el ejercicio ofrece una curiosa visi\u00f3n del potencial viaje en el tiempo. La flecha del tiempo es un viejo misterio. Muchos cosm\u00f3logos creen que el universo empez\u00f3 con el Big Bang<\/a>, un evento que est\u00e1 claramente en nuestro pasado. Y a\u00fan as\u00ed nuestra definici\u00f3n est\u00e1ndar del tiempo procede de la termodin\u00e1mica y la observaci\u00f3n de que la entrop\u00eda<\/a> siempre aumenta con el tiempo.<\/a><\/p>\n

Comencemos la lectura de la segunda parte de la Flecha del Tiempo.<\/p>\n

Las leyes b\u00e1sicas de la f\u00edsica funcionan igualmente bien hacia adelante que hacia atr\u00e1s en el tiempo, pero percibimos el tiempo movi\u00e9ndose s\u00f3lo en una direcci\u00f3n, hacia el futuro. \u00bfPorqu\u00e9? Para dar cuenta de esto, debemos hurgar en la prehistoria del Universo, a un tiempo anterior al Big Bang<\/a>. Nuestro Universo podr\u00eda ser parte de un multiverso mucho mayor, que como un todo sea sim\u00e9trico-temporal. El tiempo quiz\u00e1s vaya hacia atr\u00e1s en otros universos.<\/p>\n

Continuaci\u00f3n de La flecha del tiempo (Parte I)<\/p>\n

Si la energ\u00eda oscura no se diluye, el universo se expander\u00e1 para siempre. Las galaxias distantes desaparecer\u00e1n de la vista.\u00a0 Aquellas que no colapsen en agujeros negros<\/a>, se evaporar\u00e1n en la oscuridad circundante como un charco se seca en un d\u00eda caluroso. Lo que quedar\u00e1 es un universo que, para todo intento y prop\u00f3sito, ser\u00e1 vac\u00edo. Entonces, y s\u00f3lo entonces, el universo habr\u00e1 verdaderamente maximizado su entrop\u00eda<\/a>. El universo estar\u00e1 en equilibrio, y nada m\u00e1s ocurrir\u00e1.<\/p>\n

Puede parecer raro que el espacio vac\u00edo tenga una entrop\u00eda<\/a> tan enorme. Suena como decir que el escritorio m\u00e1s desorganizado en el mundo es un escritorio completamente vac\u00edo. La entrop\u00eda<\/a> requiere microestados y, a primera vista, el espacio vac\u00edo no tiene ninguno. Sin embargo, el espacio vac\u00edo tiene un mont\u00f3n de microestados – los microestados cu\u00e1ntico-gravitacionales de la f\u00e1brica del espacio. No sabemos a\u00fan qu\u00e9 son exactamente estos estados, nada m\u00e1s sabemos que los microestados dan cuenta de la entrop\u00eda<\/a> de un agujero negro<\/a>, pero s\u00ed sabemos que en un universo en aceleraci\u00f3n la entrop\u00eda<\/a> en el volumen observable se acerca a un valor constante proporcional al \u00e1rea de su frontera. Es una cantidad verdaderamente enorme de entrop\u00eda<\/a>, mucho m\u00e1s que la materia en ese volumen.<\/p>\n

Pasado vs. Futuro<\/p>\n

La caracter\u00edstica m\u00e1s incre\u00edble de esta historia es la pronunciada diferencia entre el pasado y el futuro. El universo comienza en un estado de muy baja entrop\u00eda<\/a>: part\u00edculas empaquetadas juntas de forma suave. Evoluciona a un estado de entrop\u00eda<\/a> medio: la grumosa distribuci\u00f3n de estrellas y galaxias que vemos a nuestro alrededor actualmente. Finalmente alcanza un estado de alta entrop\u00eda<\/a>: el espacio casi vac\u00edo, presentando s\u00f3lo alguna ocasional part\u00edcula de baja energ\u00eda.<\/p>\n

\u00bfPorqu\u00e9 son el pasado y el futuro tan diferentes? No es suficiente proponer simplemente una teor\u00eda de condiciones iniciales – una raz\u00f3n de porqu\u00e9 el universo comenz\u00f3 con baja entrop\u00eda<\/a>. Como el fil\u00f3sofo Huw Price de la Universidad de Sydney apunt\u00f3, cualquier razonamiento que aplique a las condiciones iniciales deber\u00eda tambi\u00e9n aplicar a las condiciones finales, o de lo contrario seremos culpables de asumir la misma cosa que est\u00e1bamos tratando de probar – que el pasado fue especial. O bien debemos tomar la profunda asimetr\u00eda del tiempo como una abrupta caracter\u00edstica del universo que escapa a la explicaci\u00f3n, o debemos indagar m\u00e1s profundamente en el funcionamiento del espacio y el tiempo.<\/p>\n

Muchos cosm\u00f3logos han intentado atribuir la asimetr\u00eda del tiempo al proceso de la inflaci\u00f3n cosmol\u00f3gica. La inflaci\u00f3n es una atractiva explicaci\u00f3n para muchas caracter\u00edsticas b\u00e1sicas del universo. De acuerdo a esta idea, el universo muy temprano (o al menos una parte de \u00e9ste) estaba lleno no de part\u00edculas sino con una forma temporaria de energ\u00eda oscura, cuya densidad era enormemente mayor que la energ\u00eda oscura que observamos hoy. Esta energ\u00eda caus\u00f3 la expansi\u00f3n del universo a una tasa de aceleraci\u00f3n fant\u00e1stica, luego de lo cual decay\u00f3 hacia materia y radiaci\u00f3n, dejando detr\u00e1s un peque\u00f1o resto de energ\u00eda oscura que se est\u00e1 haciendo relevante otra vez en la actualidad. El resto de la historia del Big Bang<\/a>, del suave gas primordial a las galaxias y m\u00e1s all\u00e1, se sigue simplemente.<\/p>\n

La motivaci\u00f3n original para la inflaci\u00f3n fue proveer una robusta explicaci\u00f3n para las afinadas condiciones en el universo temprano -en particular, la notable uniformidad de la densidad de la materia en regiones ampliamente separadas. La aceleraci\u00f3n generada por la energ\u00eda oscura temporal suaviz\u00f3 al universo casi perfectamente. La anterior distribuci\u00f3n de materia y energ\u00eda es irrelevante; una vez que la inflaci\u00f3n comenz\u00f3, removi\u00f3 cualquier trazo de condiciones preexistentes, dej\u00e1ndonos con un caliente, denso y suave universo temprano.<\/p>\n

El paradigma inflacionario ha sido exitoso en muchas formas. Su predicci\u00f3n de peque\u00f1as desviaciones de la uniformidad perfecta est\u00e1 de acuerdo con las observaciones de variaciones de densidad en el universo. Como una explicaci\u00f3n para la asimetr\u00eda del tiempo, sin embargo, los cosm\u00f3logos la consideran cada vez m\u00e1s un poco enga\u00f1osa, por razones que Roger Penrose de la Universidad de Oxford y otros han enfatizado. Para que el proceso trabaje como se desea, la ultradensa energ\u00eda oscura debi\u00f3 comenzar en una configuraci\u00f3n espec\u00edfica. De hecho, su entrop\u00eda<\/a> debi\u00f3 ser fant\u00e1sticamente menor que la entrop\u00eda<\/a> del gas caliente y denso en el que decay\u00f3. Esto implica que la inflaci\u00f3n no resolvi\u00f3 verdaderamente nada: “explica” un estado de inusual baja entrop\u00eda<\/a> (un caliente, denso, uniforme gas) al invocar un estado anterior de a\u00fan menor entrop\u00eda<\/a> (una suave porci\u00f3n de espacio dominado por energ\u00eda oscura ultradensa). Simplemente empuja el rompecabezas un paso atr\u00e1s:\u00bfPorqu\u00e9 la inflaci\u00f3n ocurri\u00f3 alguna vez?<\/p>\n

Una de las razones por la que muchos cosm\u00f3logos invocan la inflaci\u00f3n como una explicaci\u00f3n de la asimetr\u00eda del tiempo es que la configuraci\u00f3n inicial de la energ\u00eda oscura no parece tan improbable. Todo el tiempo de la inflaci\u00f3n, nuestro universo observable fue menos de un cent\u00edmetro de lado. Intuitivamente, semejante peque\u00f1a regi\u00f3n no tiene muchos microestados, por lo que no es tan improbable para el universo tropezar por accidente en un microestado correspondiente a la inflaci\u00f3n.<\/p>\n

Desafortunadamente, esta intuici\u00f3n es enga\u00f1osa. El universo temprano, incluso si es de s\u00f3lo un cent\u00edmetro de lado, tiene exactamente el mismo n\u00famero de microestados que todo el universo observable actual. De acuerdo a las reglas de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, el n\u00famero total de microestados en un sistema nunca cambia (La entrop\u00eda<\/a> crece no porque el n\u00famero de microestados lo hace sino porque el sistema naturalemente termina en el m\u00e1s gen\u00e9rico macroestado posible). De hecho, el universo temprano es el mismo sistema f\u00edsico que el universo tard\u00edo. Uno evoluciona hacia el otro, despu\u00e9s de todo.<\/p>\n

Entre todas las diferentes maneras que los microestados del universo pueden ordenarse, s\u00f3lo una incre\u00edblemente peque\u00f1a fracci\u00f3n corresponde a una configuraci\u00f3n suave de ultradensa energ\u00eda oscura en un peque\u00f1o volumen. Las condiciones necesarias para que la inflaci\u00f3n comience son extremadamente especializadas y as\u00ed describe una configuraci\u00f3n de muy baja entrop\u00eda<\/a>. Si Ud. debe elegir configuraciones del universo al azar, ser\u00eda muy improbable dar con las condiciones para iniciar la inflaci\u00f3n. La inflaci\u00f3n no explica, por s\u00ed misma, porqu\u00e9 el universo temprano tiene una baja entrop\u00eda<\/a>, simplemente lo asume desde el comienzo.<\/p>\n

Un Universo Sim\u00e9trico en el Tiempo<\/p>\n

As\u00ed, la inflaci\u00f3n no ayuda a explicar porqu\u00e9 el pasado es diferente del futuro. Una valiente pero simple estrategia es decir: quiz\u00e1s el pasado muy lejano no sea diferente del futuro, despu\u00e9s de todo. Quiz\u00e1s el pasado distante, como el futuro, es en realidad un estado de alta entrop\u00eda<\/a>. Si es as\u00ed, el caliente, denso estado que hemos estado llamando “el universo temprano” no es en realidad el verdadero comienzo del universo sino un estado transicional entre estados de su historia.<\/p>\n

Algunos cosm\u00f3logos imaginan que el universo pas\u00f3 por un “rebote”. Antes de este evento, el espacio estaba en contracci\u00f3n, pero en vez de chocar en un punto de infinita densidad, nuevos principios f\u00edsicos -gravedad cu\u00e1ntica, dimensiones extras, teor\u00eda de cuerdas o alg\u00fan otro ex\u00f3tico fen\u00f3meno- lo salv\u00f3 en el \u00faltimo minuto y el universo sali\u00f3 hacia el otro lado en lo que ahora percibimos como el big bang. Aunque intrigante, las cosmolog\u00edas “del rebote” no explican la flecha del tiempo. O bien la entrop\u00eda<\/a> estaba increment\u00e1ndose al acercarse el universo previo al choque (crunch) -en cuyo caso la flecha del tiempo se extiende infinitamente lejos en el pasado- o la entrop\u00eda<\/a> estaba decreciendo, en cuyo caso una no natural condici\u00f3n de baja entrop\u00eda<\/a> ocurri\u00f3 en la mitad de la historia del universo (en el rebote). De cualquier manera, hemos dejado de contestar porqu\u00e9 la entrop\u00eda<\/a> cerca de lo que llamamos big bang fue peque\u00f1a. (NdA:Ver \u00bfQu\u00e9 pas\u00f3 antes del Big Bang<\/a>?)<\/p>\n

En cambio, supongamos que el universo comenz\u00f3 en un estado de gran entrop\u00eda<\/a>, que es el estado m\u00e1s natural. Un buen candidado para semejante estado es un espacio vac\u00edo. Como cualquier estado de alta entrop\u00eda<\/a>, la tendencia del espacio vac\u00edo permanecer\u00e1 as\u00ed, sin cambios. Por lo que el problema es:\u00bfC\u00f3mo obtenemos nuestro universo actual de un desolado y tranquilo espacio-tiempo? El secreto podr\u00eda residir en la existencia de la energ\u00eda oscura.<\/p>\n

En presencia de energ\u00eda oscura, el espacio vac\u00edo no es completamente vac\u00edo. Fluctuaciones de campos cu\u00e1nticos dan lugar a una temperatura muy baja – enormemente m\u00e1s baja que la temperatura del universo actual pero no exactamente el cero absoluto. Todos los campos cu\u00e1nticos experimentan fluctuaciones t\u00e9rmicas en ese universo. Eso significa que no es perfectamente inactivo; si esperamos lo suficiente, part\u00edculas individuales e inclusive sustanciales colecciones de part\u00edculas fluctuar\u00e1n hacia su existencia, s\u00f3lo para desaparecer otra vez en el vac\u00edo. (Estas son part\u00edculas reales, en oposici\u00f3n a las part\u00edculas “virtuales” de corta vida que el espacio vac\u00edo contiene incluso en ausencia de energ\u00eda oscura).<\/p>\n

Este art\u00edculo contin\u00faa en La flecha del tiempo (Parte III)<\/p>\n

Publica: Blog de emilio silvera<\/p>\n

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