Científicos desvelan el misterio de la flecha del tiempo

Pocas cosas son tan obvias, por decirlo de alguna manera, o universales de nuestra experiencia de la vida como el paso del tiempo. Por lo que quizás muchos no nos detengamos a pensar sobre el flujo del tiempo del pasado al futuro. No obstante, desde el punto de vista científico el tema es de relevancia, y la física que explica por qué el tiempo avanza, lo que se conoce también como "flecha del tiempo", sigue siendo un gran misterio.

¿Qué es entonces el tiempo y por qué lo experimentamos como algo que tiene una dirección, con un pasado y un futuro? En un nuevo estudio, científicos de la Universidad de la Ciudad de Nueva York (CUNY), en Estados Unidos, con el fin de comprender el flujo del tiempo que experimentamos en la vida, han desglosado esta "flecha del tiempo" hasta un nivel físico microscópico.

La tendencia del universo al desorden nos da la experiencia de que el tiempo fluye

La flecha del tiempo surge fundamentalmente de la segunda ley de la termodinámica: el principio de que las disposiciones microscópicas de los sistemas físicos tienden a aumentar su aleatoriedad, pasando del orden al desorden, un proceso conocido como entropía, según un comunicado de prensa del CUNY.

Cuanto más desordenado se vuelve un sistema, más difícil le resulta encontrar el camino de vuelta a un estado ordenado, y más fuerte es la flecha del tiempo. En resumen, según el comunicado, la tendencia del universo al desorden es la razón fundamental por la que experimentamos que el tiempo fluye en una dirección.

"Todo lo que percibimos como diferencia entre el pasado y el futuro se deriva fundamentalmente de ese principio sobre el universo", dijo Christopher Lynn, autor principal del estudio. Lynn dijo que su motivación para el estudio era "comprender cómo las flechas del tiempo que vemos en la vida" encajan en esta idea más amplia de entropía a escala de todo el universo. 

Análisis de la retina de una salamandra a nivel microscópico

Lynn y sus colegas del Centro de Postgrado de la Universidad de Nueva York y de Princeton se propusieron así estudiar la flecha del tiempo analizando la retina de una salamandra a nivel microscópico para examinar las interacciones entre las neuronas de los anfibios en respuesta a la visualización de una película y ver si el movimiento del tiempo –invisible a simple vista– puede verse.

"Las dos preguntas que se planteaba nuestro equipo eran: si observamos un sistema concreto, ¿seremos capaces de cuantificar la fuerza de su flecha del tiempo, y seremos capaces de ordenar cómo surge desde la microescala, donde interactúan las células y las neuronas, hasta el sistema completo?", afirmó Lynn. "Nuestros descubrimientos proporcionan el primer paso hacia la comprensión de cómo la flecha del tiempo que experimentamos en la vida diaria emerge de estos detalles más microscópicos", agregó.

Según los científicos, que publicaron su investigación en la revista Physical Review Letters, los resultados podrían tener importantes implicaciones en diversas disciplinas, como la física, la neurociencia y la biología.

El experimento: descomponer la flecha del tiempo

Para empezar a responder a las preguntas –cuantificar la fuerza de la flecha del tiempo, y ver cómo surge, además determinar si podían detectar signos de "irreversibilidad local"– los investigadores exploraron cómo la flecha del tiempo podía descomponerse observando partes específicas de un sistema y las interacciones entre ellas.

Según el comunicado, las partes, por ejemplo, podrían ser las neuronas que funcionan dentro de una retina. Observando un solo momento, demostraron que la flecha del tiempo puede descomponerse en diferentes trozos: los producidos por las partes que trabajan individualmente, en parejas, en tríos o en configuraciones más complicadas.

Armados con esta forma de descomponer la flecha del tiempo, Lynn y sus colegas analizaron otro estudio de 2015 en el que los investigadores hicieron que las salamandras vieran dos películas diferentes. En una de las películas, se retrataba una escena de peces nadando con toda la complejidad de las escenas que se encuentran en la naturaleza –una clara flecha de tiempo, es decir, si se ve al revés, se vería diferente que si se reproduce hacia delante–, mientras que en otra un único objeto –una barra negra horizontal en el centro de la pantalla– se movía aleatoriamente por la pantalla, y por ende no tenía una flecha de tiempo evidente.

Independientemente de la película que vieran las salamandras, los investigadores descubrieron que la flecha del tiempo surgía de las interacciones simples entre pares de neuronas, no de grupos grandes y complicados. 

De hecho, el equipo observó para su sorpresa una flecha del tiempo más fuerte para las neuronas cuando las salamandras vieron el vídeo con la pantalla gris y la barra negra. En otras palabras, el vídeo sin una flecha del tiempo en su contenido provocó una mayor flecha del tiempo en las neuronas. 

Lynn dijo que este último hallazgo plantea preguntas sobre cómo nuestra percepción interna de la flecha del tiempo se alinea con el mundo externo. "Pensamos ingenuamente que, si el estímulo tiene una flecha del tiempo más fuerte, eso se vería en su retina", dijo Lynn, según cita Vice. "Pero fue lo contrario. Por eso nos sorprendió".

Según el medio estadounidense, citando a Lynn, esto podría deberse a que las salamandras están más acostumbradas a ver algo como la película de los peces, y el procesamiento de la película más artificial requirió mayor energía. Sin embargo, los investigadores no pueden decir con seguridad a qué se debe esto.

"Estos resultados pueden ser de especial interés para los investigadores en neurociencia", dijo Lynn. "Podrían, por ejemplo, conducir a respuestas sobre si la flecha del tiempo funciona de forma diferente en los cerebros que son neuroatípicos", añadió.

Intensidad del pensamiento y la percepción de la flecha del tiempo

Desde un punto de vista macro, la experiencia del paso del tiempo en un cuerpo físico es aún más compleja de lo que parece. En humanos, por ejemplo, algunas investigaciones sugieren, según Lynn, que la percepción de la flecha del tiempo en nuestro cerebro podría estar relacionada con la intensidad del pensamiento, aunque en general el tema sigue siendo un misterio para la ciencia. 

En resumen, y a pesar de las enormes incógnitas que quedan, el presente estudio puede ayudar a científicos en el futuro en cuanto estos pueden utilizar el nuevo enfoque de búsqueda de la irreversibilidad local también en otros contextos, donde se pueden encontrar más interacciones inesperadas para producir el tiempo. 

"La descomposición de Chris de la irreversibilidad local –también conocida como la flecha del tiempo– es un marco elegante y general que puede proporcionar una perspectiva novedosa para explorar muchos sistemas de alta dimensión y sin equilibrio", dijo David Schwab, profesor de Física y Biología en el Centro de Graduados y principal investigador del estudio.

"No solo se aplica a las neuronas", explicó, por su parte, Lynn, según recoge Vice. También aplica "a las bandadas de pájaros o a cualquier cosa en la que interactúen varias cosas, como las poblaciones de bacterias", agregó. 

Editado por Felipe Espinosa Wang.