¿El tiempo avanza porque el universo se expande?

Para entender esta pregunta debo hacer que reflexionemos sobre cada uno de los conceptos que aparecen. El primero es el tiempo. Según la acepción más relevante para este contexto del diccionario de la RAE, el tiempo es la “magnitud física que permite ordenar la secuencia de los sucesos, estableciendo un pasado, un presente y un futuro, y cuya unidad en el sistema internacional es el segundo”. Si nada evolucionase no podríamos concebir el paso del tiempo. Lo mínimo que necesitamos para hablar del paso del tiempo es un reloj que lo mida, y los tics de un reloj en un universo que por lo demás estuviera vacío ya implicarían cierto cambio: una aguja que se está moviendo. Por lo tanto, no tiene sentido hablar de tiempo sin cambio, tenemos un flujo del tiempo.

Además, el tiempo no solo fluye, sino que siempre avanza. Esto se conoce como la flecha del tiempo. Sabemos reconocer cuando estamos reproduciendo los fotogramas de una serie hacia detrás o hacia delante porque una copa que se rompe en mil pedazos no se recompone de forma espontánea. Esto es algo que sentimos como cierto. Nos acordamos del pasado y soñamos con el futuro. A esta flecha del tiempo se le conoce como flecha del tiempo psicológica.

Por otro lado, la teoría que nos permite estudiar la evolución del universo es la relatividad general. Esta teoría se formula entendiendo que el tiempo no puede comprenderse como totalmente independiente del espacio, sino formando el espacio-tiempo en el que se encuentran todos los sucesos que han tenido y tendrán lugar. El tiempo sería casi como una dimensión más de este bloque de cuatro dimensiones, aunque algo distinta de las espaciales. Pero ¿cómo sabemos cuál es el sentido en el que evoluciona el tiempo en este bloque espacio-temporal?

El tiempo no puede comprenderse como totalmente independiente del espacio, sino formando el espacio-tiempo en el que se encuentran todos los sucesos que han tenido y tendrán lugar

El universo se expande. Las galaxias se alejan de nosotros y cada vez estarán más lejos. Esto sucede porque el espacio que llenamos y que las separa se está estirando. El universo se expande desde su más tierna infancia, por lo que antes las galaxias estaban más juntas (o la materia que las formó) y la temperatura del universo era mayor. La expansión cósmica es un cambio constante que se puede utilizar para definir la dirección del tiempo y, de hecho, la flecha del tiempo cosmológica es la que considera que podemos definir la dirección del tiempo como aquella en la que el universo se expande. Según esta flecha del tiempo en cierto modo la respuesta a tu pregunta es sí, el tiempo avanza porque el universo se expande. Si pensáramos en un universo que no evolucionara, el tiempo no avanzaría. Pero, si el universo empezara a contraerse, lo que no parece que vaya a ser el caso del nuestro, la flecha del tiempo cosmológica se invertiría. Por lo tanto, llevando a sus últimas implicaciones esta línea de pensamiento, el universo siempre se expandiría por haber elegido esta flecha del tiempo.

Esta no es la única flecha del tiempo que podemos considerar desde la física. La flecha del tiempo termodinámica es probablemente la más conocida y la que encaja de una forma más directa con nuestra intuición. La mayoría de las leyes de la física son simétricas bajo inversiones temporales, es decir, una vez formuladas parecerían poder aplicarse igualmente teniendo en cuenta que el tiempo fluye hacia el futuro o, por el contrario, asumiendo que va hacia el pasado. Sin embargo, cuando hablamos de sistemas físicos macroscópicos esto ya no es así, en particular cuando sufren procesos irreversibles.

La flecha del tiempo termodinámica se basa en la observación de que el aumento en aleatoriedad de un sistema aislado no se va a deshacer de forma espontánea, es decir, es irreversible

La flecha del tiempo termodinámica se basa en la observación de que el aumento en aleatoriedad de un sistema aislado no se va a deshacer de forma espontánea, es decir, es irreversible. Este aumento de aleatoriedad se relaciona con un aumento de la entropía de un sistema y nos proporciona una forma de determinar la dirección en la que avanza el tiempo. Así, la segunda ley de la termodinámica, según la cual la entropía de un sistema aislado nunca decrece, rompe la invariancia temporal de las leyes de la física para sistemas macroscópicos que sufren procesos irreversibles.

Por supuesto deberíamos esperar que el tiempo no fluya en un sentido u otro dependiendo de la rama de la física que estemos considerando. Para que la flecha del tiempo termodinámica sea compatible con la flecha del tiempo cosmológica, el universo en su infancia debió estar en un estado de muy baja entropía, desde el que evolucionó expandiéndose. No hay un consenso sobre la razón por la que el estado inicial del universo tenía una entropía tan baja, me atrevería a decir que ni siquiera lo hay sobre si tenemos que buscar un porqué.

Por otro lado, podría parecer que estas dos flechas del tiempo serían incompatibles en modelos de universo que empezaran a contraerse en un momento dado. Sin embargo, se ha argumentado que este no sería necesariamente el caso si el estado final del universo después de la contracción también fuera de muy baja entropía y la flecha termodinámica también se invirtiera al iniciar la contracción. Afortunadamente, el hecho de que nuestro universo se esté expandiendo de forma acelerada hace poco probable que en el futuro vaya a comenzar una fase de contracción. Así evitaríamos una inversión de las flechas del tiempo que nos hiciera ir perdiendo recuerdos en lugar de acumularlos.

Prado Martín Moruno es doctora en Física, investigadora y profesora contratada doctora del Departamento de Física Teórica de la Universidad Complutense de Madrid.

Pregunta enviada por José Díaz.

Coordinación y redacción: Victoria Toro

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