Durante más de un siglo, los científicos han considerado el tiempo como una propiedad fundamental del universo. Pero cuanto más buscan los investigadores comprender la naturaleza última del tiempo y la mecánica que subyace a su surgimiento, más preguntas se plantean. ¿Qué relación tiene la gravedad con el tiempo? ¿Y los fenómenos cuánticos? ¿Existen partículas misteriosas que viajan más rápido que la luz y, por lo tanto, alteran el tiempo?

Cualquiera de estos conceptos podría resultar algún día ser un ingrediente clave que forjó el fenómeno que llamamos tiempo, o al menos podría tener una conexión profunda e inseparable con él. Pero ya sea a través de las matemáticas o la observación, el tiempo parece jugar con las leyes de la física, generando más preguntas que respuestas. Aquí presentamos algunas ideas importantes que los científicos están considerando en relación con este concepto tan misterioso.

La flecha del tiempo podría surgir de la gravedad.

El tiempo tiene una flecha: parece moverse siempre en una sola dirección. El futuro nos es siempre desconocido, mientras que el pasado permanece para siempre bloqueado e inaccesible. Y, sin embargo, a la gran mayoría de las leyes de la física parece no importarles en absoluto la dirección del tiempo. Las ecuaciones que rigen todo —desde las partículas subatómicas hasta las órbitas de los planetas— no pueden distinguir entre el movimiento hacia adelante y hacia atrás en el tiempo.

¿De dónde proviene la flecha del tiempo ? Un creciente grupo de físicos cree que se origina en la fuerza de la gravedad misma. Pero para llegar a esa conclusión se requiere una reformulación radical de la Teoría General de la Relatividad de Einstein. Esta nueva idea se llama Dinámica de Formas, y bien podría ser nuestra futura teoría de la gravedad .

Durante más de un siglo, la mayoría de los físicos han creído que la clave para comprender la flecha del tiempo reside en el concepto de entropía, que, a grandes rasgos, es una medida del desorden de un sistema. La segunda ley de la termodinámica establece que en los sistemas cerrados la entropía siempre aumenta, lo que significa que los sistemas siempre transitan del orden al desorden. Esta ley no solo rige los sistemas físicos, sino que también coincide con la experiencia cotidiana: es mucho más difícil limpiar una habitación que desordenarla.

Pero esta conexión plantea un problema molesto. Para que la entropía genere una flecha del tiempo, nuestro universo tuvo que comenzar en un estado de entropía excepcionalmente baja y altamente ordenado. Esto les parece a la mayoría de los físicos una suposición forzada y añadida a posteriori que no encaja con nuestra comprensión del caótico Big Bang, nuestra mejor teoría sobre el origen de nuestro universo.

En 2014, el físico Julian Barbour, doctor en física, y sus colegas propusieron una solución fascinante a esta aparente paradoja: la gravedad. Pero no la gravedad tal como la conocemos a través de la teoría general de la relatividad, que afirma que el espacio y el tiempo se curvan bajo la influencia de la materia y la energía. En cambio, reformuló las famosas ecuaciones de Einstein utilizando otro lenguaje, denominado Dinámica de Formas. La Dinámica de Formas se centra en las relaciones entre los objetos, en lugar del espacio-tiempo, el tejido unificado del espacio y el tiempo en el que se encuentran. Utilizando este marco teórico, Barbour descubrió que si se toma un conjunto aleatorio de partículas y se las deja interactuar a través de su gravedad mutua, surge de forma natural una flecha del tiempo.

A medida que las partículas interactúan, forman estructuras más complejas con una entropía creciente, pero no sin antes pasar por un período de baja entropía y organización altamente ordenada. Durante el experimento, todo esto pareció ocurrir de forma natural. Aunque la gravedad no se ve afectada por el paso del tiempo, surgió orgánicamente una flecha a través de la dinámica gravitacional de las partículas.

Pero el modelo de Barbour era demasiado simplista. Pretendía que el universo no era más que una colección de partículas que solo interactuaban mediante la fuerza de la gravedad. El universo real es mucho más complejo, con muchos tipos diferentes de partículas que interactúan a través de las cuatro fuerzas de la naturaleza que conocemos hoy.

Así pues, el enfoque ante una idea como la de Barbour es con curiosidad escéptica: examinarla desde todos los ángulos para ver si resiste un análisis minucioso.

Hasta ahora, nadie ha logrado utilizar la Dinámica de Formas para construir una representación completamente realista de la evolución del universo con el mismo nivel de detalle con el que comprendemos el cosmos mediante la Relatividad General. Sin embargo, aunque la teoría tiene décadas de antigüedad, relativamente pocos investigadores en el mundo trabajan en ella, por lo que no deberíamos esperar grandes avances, por ahora. Aun así, es una idea fascinante: experimentamos el flujo del tiempo porque es una consecuencia natural de las leyes básicas de la física. Y eso hace que valga la pena seguir investigando la Dinámica de Formas.

El tiempo podría estar fluyendo en sentido inverso.

Los físicos aún se preguntan por qué —o quizás si— la flecha del tiempo funciona en una sola dirección. En la física clásica, las ecuaciones funcionan sin tener en cuenta la direccionalidad del tiempo, es decir, su tendencia a avanzar hacia el futuro o el pasado. Una forma de comprender esta indiferencia matemática hacia la direccionalidad es observar un video de un péndulo oscilando. Ya sea que el video se reproduzca hacia adelante o hacia atrás, el movimiento del péndulo permanece igual y la direccionalidad del tiempo es indistinguible. Sin embargo, el tiempo, tal como lo experimentamos, claramente se mueve en una dirección. Por lo tanto, los investigadores continúan buscando la razón por la cual el tiempo se comporta de manera asimétrica.

Durante más de dos años, un equipo de físicos en Inglaterra abordó esta cuestión desde una perspectiva teórica, buscando derivar matemáticamente la flecha del tiempo en sistemas cuánticos abiertos. En un artículo publicado en enero de 2025 en la revista Scientific Reports , presentan resultados que indican la existencia de dos flechas del tiempo en estos sistemas, que se mueven en direcciones opuestas. Este descubrimiento podría impulsar a los científicos a reconsiderar cómo la flecha del tiempo influye en la termodinámica, la mecánica cuántica e incluso la creación del universo.

En el marco teórico del equipo, los sistemas cuánticos abiertos son preferibles, ya que permiten cambios a lo largo del tiempo, como la disipación de energía en el entorno, también conocida como entropía. Esto es importante para el modelo de los investigadores porque sirve como indicador del paso del tiempo ; al observar la disipación de energía de un sistema en su entorno, se puede deducir la dirección en la que fluye el tiempo. Esta disipación es irreversible: si se derrama un vaso lleno de leche, esta no puede volver a llenarlo.

El equipo esperaba ver solo una flecha del tiempo en su ecuación, dice Rocco. Pero con el sistema cuántico abierto, Rocco afirma que obtuvieron «ecuaciones ligeramente modificadas», que revelaron dos flechas del tiempo que surgían espontáneamente.

Fundamentalmente, Rocco y su equipo descubrieron que la entropía , descrita en la segunda ley de la termodinámica, se conserva en su modelo. Esta ley establece que la entropía, o la tendencia hacia un estado desordenado, aumenta con el tiempo dentro de un sistema. En ambas direcciones de estas dos flechas del tiempo, los sistemas siguen avanzando hacia el desorden a medida que la energía se disipa en su entorno. La flecha no puede invertir su dirección una vez que se ha disparado, devolviendo la leche al proverbial vaso. En cambio, la entropía progresa tanto si la flecha del tiempo se dispara hacia el pasado como hacia el futuro.

Esta entropía gemela demuestra la naturaleza simétrica del tiempo en sistemas cuánticos abiertos. Desde un momento dado, la flecha del tiempo podría haber salido disparada en la dirección opuesta. «La física nos dice que la dirección opuesta podría haber sido igualmente posible», afirma Rocco.

Esto significa que los resultados del equipo podrían poner en tela de juicio nuestra concepción de la flecha del tiempo en termodinámica, cosmología y mecánica cuántica. Por ejemplo, Rocco menciona que algunos especulan si, en el momento del Big Bang , surgieron dos universos que se desplazaban en direcciones opuestas en el tiempo. Si bien el resultado de su equipo no confirma esta especulación, el marco teórico que desarrollaron podría ayudarnos a reevaluar nuestras suposiciones sobre la función del tiempo en el universo.

El tiempo podría tener 3 dimensiones.

La teoría especial de la relatividad de Albert Einstein es un conjunto de reglas que nos ayuda a comprender el universo . Esta teoría nos dice que el tiempo y el espacio están unidos en un tejido tetradimensional, llamado espacio-tiempo, con tres dimensiones espaciales y una temporal. El tiempo es especial porque solo podemos movernos en la dirección de nuestro futuro , a diferencia de las dimensiones espaciales, donde somos libres de movernos a donde queramos. Además, la relatividad especial nos dice que el movimiento en el espacio-tiempo está limitado a una velocidad máxima superior a la de la luz, más de 186 000 millas por segundo.

Pero, ¿cómo sería el universo si se pudiera viajar más rápido que la luz? La física de la relatividad especial establece que es imposible partir de una velocidad inferior a la de la luz y acelerar hasta alcanzarla, y mucho menos superarla. Sin embargo, las leyes de la relatividad especial también permiten la situación inversa: los objetos pueden partir de una velocidad superior a la de la luz, pero nunca podrán disminuir su velocidad por debajo de ese límite.

Cuando investigadores de las Universidades de Varsovia y Oxford plantearon esta pregunta en su artículo de 2022 , la respuesta que encontraron es asombrosa. Para los observadores que ya viajan más rápido que la luz, la relación entre el tiempo y el espacio se invierte. En lugar de tres dimensiones espaciales y una temporal, los observadores que viajan más rápido que la luz perciben tres dimensiones temporales y solo una espacial. Esto significa que las partículas siguen más de una trayectoria a la vez. En efecto, viajan hacia más de un futuro simultáneamente.

Esto concuerda con las extrañas reglas de la mecánica cuántica, que establecen que las partículas, más pequeñas que los átomos, pueden parecer aparecer en múltiples lugares a la vez. Debemos considerar las partículas como ondas de probabilidad que se propagan. Donde las ondas alcanzan su punto máximo, tenemos una buena probabilidad de encontrar la partícula la próxima vez que la busquemos. Y donde las ondas alcanzan su punto mínimo, es improbable que veamos esa partícula.

Desde nuestra perspectiva habitual de velocidades inferiores a la de la luz, parece que estos objetos que se mueven más rápido que la luz actúan como ondas. Piénsalo. Si lanzas una pelota de béisbol, solo sigue una trayectoria. Pero si la pelota golpea un estanque cercano, las ondas de agua viajan en múltiples direcciones a la vez.

De hecho, desde esta perspectiva, el concepto de partícula se desmorona por completo. En su lugar, solo se puede hablar de campos, que son ondas que existen en todo el espacio y el tiempo. Los investigadores señalan que muchas teorías de la física, especialmente las relativas a la física fundamental que tuvo lugar en el universo primitivo, ya emplean campos con propiedades de propagación más rápida que la luz.

Aún se desconoce si las partículas individuales —conocidas como taquiones— pueden viajar más rápido que la luz. Esto se debe a que la existencia de tales partículas alteraría conceptos fundamentales del universo, como la causalidad y la progresión del pasado al futuro que conocemos. Sin embargo, la mecánica cuántica ya pone a prueba estos conceptos, por lo que es posible que el universo ya se rija por estas reglas poco intuitivas. Quizás solo necesitemos establecer la conexión.

Tal vez el tiempo ni siquiera exista.

Nuestra vida cotidiana se basa en la idea de que el tiempo es real, y que cada segundo se escapa incontrolablemente. El tráfico en hora punta, la pausa para el almuerzo, la hora de la cena: todo gira en torno a un horario fijo de 24 horas. Pero ¿y si todo fuera una ilusión y el tiempo no existiera?

Para empezar, independientemente de si el tiempo es real o no, nunca lo medimos directamente. En cambio, utilizamos otro sistema físico llamado reloj, cuyas posiciones indican diferentes momentos en el tiempo.

Dado que el tiempo es, en última instancia, una medida de los cambios en otros sistemas, y no una entidad separada en sí misma, podemos eliminarlo de todas las ecuaciones fundamentales del cambio en física.

El mismo “truco” se aplica en la mecánica cuántica. La física cuántica —o el estudio de la materia y la energía al nivel más fino— se centra en los estados de los sistemas físicos y cómo cambian con el tiempo (dinámica). Para eliminar la influencia del tiempo, necesitamos asignar un estado correlacionado entre las posiciones del sistema y las posiciones correspondientes del reloj. De hecho, este tipo de correlación se denomina entrelazamiento en mecánica cuántica, y significa que, al observar el estado del reloj, conocemos inmediatamente el estado del sistema.

Este enfoque busca describir cómo surge la dinámica a partir del estado entrelazado entre el sistema y el reloj, el cual, en sí mismo (el estado entrelazado), permanece inmutable en el tiempo. Esto es similar a la tabla correlacionada de posiciones del auto de carreras y la manecilla del cronómetro, ya que dicha tabla tampoco cambia con el tiempo. La dinámica que emerge a nivel del sistema se describe mediante la ecuación de Schrödinger (el mismo Schrödinger famoso por el experimento del gato, quien sugirió que, según la mecánica cuántica, deberían existir versiones vivas y muertas de un gato), considerada la ley fundamental de la dinámica en física.

Esta mágica propiedad de la atemporalidad cuántica consiste en que diferentes instantes de tiempo se convierten en universos distintos. El tiempo surge del entrelazamiento cuántico del mismo modo que el gato vivo y el muerto emergen del entrelazamiento con el átomo en descomposición y el veneno en el experimento de Schrödinger. Esto resulta fascinante porque la propiedad de estar en otro universo (por ejemplo, ver un gato vivo en lugar de uno muerto) ahora equivale a existir en otro tiempo (lo cual, por cierto, hacemos habitualmente con solo esperar un poco).

¿Cuáles son las principales consecuencias de este hecho extraordinario? En primer lugar, implica que el pasado y el futuro existen simultáneamente con el presente. De hecho, no hay nada especial en el momento que llamamos «ahora», ya que cada instante es un instante de ahora. Del mismo modo, el tiempo no fluye; el río del tiempo no nos transporta del presente al futuro. Aún más interesante, entrar en otro tiempo simplemente significa que nuestra percepción consciente ahora está correlacionada con el nuevo estado del universo. Esto significa que el «ahora» podría estar saltando aleatoriamente entre diferentes mundos en el estado cuántico entrelazado del universo y aun así percibiríamos la misma dinámica de Schrödinger aparente que normalmente.

En ese sentido, San Agustín —teólogo y filósofo cristiano del siglo IV— tenía razón al afirmar que el pasado reside en nuestros recuerdos y el futuro en nuestras expectativas. Por lo tanto, viajar en el tiempo es totalmente coherente con el concepto de atemporalidad, aunque puede resultar tedioso, ya que, si viajáramos a un momento anterior, nuestros recuerdos en ese estado solo corresponderían a «tiempos anteriores». Sencillamente, no recordaríamos (ni existiría ningún otro registro) que venimos del futuro. Del mismo modo, si viajáramos del pasado directamente al futuro, nuestro estado futuro incluiría todos los recuerdos de los periodos intermedios, por lo que nunca podríamos saber que venimos directamente de un pasado lejano.

https://www.popularmechanics.com/space/a71755585/time-across-multiple-dimensions/