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| Ilustración artística de un gondolero atrapado en una superposición cuántica de flujos temporales. Crédito: © Aloop Visual & Science, Universidad de Viena, Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia Austriaca de Ciencias. |
Durante siglos, los filósofos y los físicos han reflexionado sobre la existencia del tiempo. Sin embargo, en el mundo clásico, nuestra experiencia parece extinguir cualquier duda de que el tiempo existe y continúa. En efecto, en la naturaleza, los procesos tienden a evolucionar espontáneamente de estados con menos desorden a estados con más desorden, y esta propensión puede utilizarse para identificar una flecha del tiempo. En física, esto se describe en términos de "entropía", que es la cantidad física que define la cantidad de desorden en un sistema.
Un equipo de físicos de las universidades de Bristol, Viena, Baleares y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI-Viena) ha demostrado cómo los sistemas cuánticos pueden evolucionar simultáneamente a lo largo de dos flechas temporales opuestas, tanto hacia adelante como hacia atrás en el tiempo.
El estudio, publicado en el último número de Communications Physics, obliga a replantearse cómo se entiende y representa el flujo del tiempo en contextos en los que las leyes cuánticas desempeñan un papel crucial.
La Dra. Giulia Rubino, de los Laboratorios de Tecnología de Ingeniería Cuántica (QET labs) de la Universidad de Bristol, y autora principal de la publicación, afirmó:
"Si un fenómeno produce una gran cantidad de entropía, observar su inversión temporal es tan improbable que resulta esencialmente imposible. Sin embargo, cuando la entropía producida es lo suficientemente pequeña, existe una probabilidad no despreciable de ver la inversión temporal de un fenómeno de forma natural."
"Podemos tomar como ejemplo la secuencia de cosas que hacemos en nuestra rutina matutina. Si nos mostraran nuestra pasta de dientes pasando del cepillo a su tubo, no tendríamos ninguna duda de que se trata de una grabación rebobinada de nuestro día. Sin embargo, si apretáramos el tubo suavemente para que solo saliera una pequeña parte de la pasta de dientes, no sería tan improbable observar que vuelve a entrar en el tubo, aspirada por la descompresión del mismo".
Los autores del estudio, bajo la dirección del profesor Caslav Brukner, de la Universidad de Viena y del IQOQI-Viena, aplicaron esta idea al ámbito cuántico, una de cuyas peculiaridades es el principio de superposición cuántica, según el cual si dos estados de un sistema cuántico son posibles, ese sistema también puede estar en ambos estados al mismo tiempo.
El Dr. Gonzalo Manzano, coautor de la Universidad de las Islas Baleares, dijo: "En nuestro trabajo, cuantificamos la entropía producida por un sistema que evoluciona en superposición cuántica de procesos con flechas temporales opuestas. Descubrimos que, en la mayoría de los casos, el sistema se proyecta en una dirección temporal bien definida, correspondiente al proceso más probable de los dos. Y, sin embargo, cuando se trata de pequeñas cantidades de entropía (por ejemplo, cuando se derrama tan poca pasta de dientes que se puede ver cómo se reabsorbe en el tubo), entonces se pueden observar físicamente las consecuencias de que el sistema haya evolucionado a lo largo de las direcciones temporales hacia delante y hacia atrás al mismo tiempo."
Aparte de la característica fundamental de que el propio tiempo podría no estar bien definido, el trabajo también tiene implicaciones prácticas en la termodinámica cuántica. Colocar un sistema cuántico en una superposición de flechas temporales alternativas podría ofrecer ventajas en el rendimiento de máquinas térmicas y refrigeradores.
El Dr. Rubino dijo: "Aunque el tiempo suele tratarse como un parámetro en continuo aumento, nuestro estudio muestra que las leyes que rigen su flujo en contextos de mecánica cuántica son mucho más complejas. Esto puede sugerir que debemos replantearnos la forma de representar esta cantidad en todos aquellos contextos en los que las leyes cuánticas desempeñan un papel crucial."
Fuentes, créditos y referencias:
Quantum superposition of thermodynamic evolutions with opposing time's arrows, Communications Physics (2021). DOI: 10.1038/s42005-021-00759-1