Flecha del tiempo y entropía

Por qué un vídeo al revés resulta evidente

Una taza cae y se rompe; los fragmentos no saltan espontáneamente para reconstruirla. El calor fluye de lo caliente a lo frío y una gota de tinta se dispersa en agua. Sin embargo, muchas ecuaciones microscópicas admiten movimientos invertidos en el tiempo. La diferencia aparece al pasar de unas pocas partículas a sistemas con cantidades inmensas de grados de libertad.

La entropía mide, de forma simplificada, cuántos estados microscópicos son compatibles con una descripción macroscópica. Hay muchísimas más maneras de distribuir los fragmentos que de formar una taza intacta. Por eso la evolución desde estados especiales hacia estados más probables define la flecha termodinámica del tiempo.

La segunda ley es estadística

La segunda ley afirma que la entropía de un sistema aislado no disminuye en los procesos macroscópicos habituales. No significa que cada partícula tenga una orden interna de avanzar hacia el futuro. Significa que una disminución grande y espontánea es abrumadoramente improbable cuando participan innumerables componentes.

El misterio de la baja entropía inicial

Para explicar una flecha común a todo lo que observamos suele introducirse la «hipótesis del pasado»: el universo temprano comenzó en un estado gravitacional de entropía muy baja. La cuestión profunda no es solo por qué la entropía aumenta, sino por qué había tanto margen para que aumentara. Existen propuestas cosmológicas alternativas, pero no hay un consenso que elimine por completo el problema de las condiciones iniciales.

Memoria, información y causalidad

Los recuerdos, fotografías y fósiles son registros físicos. Crearlos consume energía y produce entropía; por eso apuntan en la misma dirección que la flecha termodinámica. Nuestra experiencia psicológica del tiempo no está separada de la física: almacenar información deja huellas en un universo fuera del equilibrio.

Qué implica para viajar en el tiempo

• Viajar al futuro mediante dilatación relativista no invierte la entropía del viajero.
• Una curva temporal cerrada debe mantener una historia globalmente consistente también en sus procesos termodinámicos.
• Rejuvenecer un cuerpo exigiría reorganizar su estado físico; no basta con cambiar la etiqueta de la coordenada temporal.
• Una disminución local de entropía es posible si aumenta más en el entorno, como ocurre en organismos y refrigeradores.

La flecha del tiempo no es por sí sola un teorema que prohíba toda geometría acausal, pero explica por qué «hacer correr el universo hacia atrás» no es una descripción física de una máquina temporal. Relaciona cosmología, información y causalidad en una pregunta más profunda que el simple movimiento de un reloj.

Fuente para profundizar

Physical Review D: baja entropía inicial y flecha del tiempo