En nuestra experiencia cotidiana el tiempo transcurre, siempre, en una única dirección, esto es, desde el presente hacia el futuro. La materia envejece y se corrompe, los niños crecen, los adultos se hacen viejos y a nadie se le ocurriría quedar con un amigo “hace tres horas”.

Sin embargo, y desde hace décadas, los científicos se preguntan si el Universo “debe” por fuerza avanzar y desarrollarse en esa única dirección. ¿Por qué no al revés? Sobre todo teniendo en cuenta que, en el mundo de las partículas subatómicas, esas de las que todo y todos estamos hechos, las leyes de la Física son simétricas con respecto al tiempo. O lo que es lo mismo, funcionan igual con independencia de que el tiempo transcurra hacia delante o hacia atrás. Es al pasar al nivel macroscópico cuando todo parece “elegir” moverse únicamente hacia el futuro. El físico Arthur Eddington bautizó esta situación, a principios del siglo pasado, como “la flecha del tiempo”.

La razón por la que esta “flecha” apunta siempre en una dirección, pero no en la otra, es uno de los mayores rompecabezas científicos de todos los tiempos. Y la respuesta clásica para que las cosas sean así es que la flecha del tiempo se desprende de la Segunda Ley de la Termodinámica, que establece que la entropía, o el desorden, siempre aumenta dentro de un sistema cerrado.

Es por eso, por ejemplo, que la leche se mezcla fácilmente con el café o el té, pero nunca vuelve a emerger limpia y pura de una taza de café con leche; o que un huevo, una vez frito, jamás volverá a ser un huevo crudo; o que el calor fluya siempre desde el objeto más caliente hacia el más frío, y nunca al contrario.

Otra razón importante para que las cosas funcionen tal y como vemos son las condiciones iniciales del sistema. Y por motivos que aún escapan a nuestra comprensión, el Universo primitivo estaba muy caliente y su energía se distribuía uniformemente por todas partes. Lo cual es un estado de baja entropía en un sistema dominado por la gravedad. Con el paso del tiempo, en efecto, la entropía del Universo no ha dejado de aumentar, y eso es lo que determina la dirección de la flecha del tiempo.

“Desfreír” un huevo

Ahora, un equipo internacional de investigadores liderado por Kaonan Micadei, físico en la Universidad Federal ABC, en Brasil, se ha preguntado qué sucedería al modificar las condiciones iniciales de un sistema cerrado. Es decir, si el estado inicial de un sistema determina la dirección de la flecha del tiempo, ¿sería posible crear, aquí en la Tierra, sistemas cerrados cuyas condiciones iniciales obliguen a la flecha del tiempo a apuntar en la dirección opuesta? Si la respuesta fuera afirmativa, dentro de ese sistema los huevos fritos podrían “desfreirse” de forma espontánea y el calor podría fluir de los objetos más fríos a los más calientes.

La respuesta es que sí. Micadei y su equipo, en efecto, han logrado, por primera vez, construir un sistema de estas características. Y, efectivamente, en su experimento la flecha del tiempo apunta en dirección contraria, permitiendo a los investigadores comprobar cómo un objeto frío es capaz de aportar calor a otro más caliente, algo impensable en nuestra realidad cotidiana. El trabajo, publicado en arXiv.org, abre las puertas al desarrollo de toda una nueva generación de dispositivos en los que el tiempo se mueve hacia atrás, en lugar de hacia delante.

La investigación, por supuesto, no nos permitirá emprender un viaje al pasado para ver dinosaurios, pero sí que podría decirnos por qué nuestro Universo está “atrapado” en una calle de un solo sentido.

Entrelazamiento cuántico

El exótico sistema creado en laboratorio por los investigadores es una mezcla de cloroformo disuelto en acetona. El cloroformo (CHCl3), está formado por un átomo de carbono, otro de hidrógeno y tres de cloro, un escenario perfecto para llevar a cabo experimentos de física cuántica, que es capaz de manipular los espin (una especie de rotación interna) de los núcleos de carbono e hidrógeno gracias a una técnica denominada resonancia magnética nuclear.

La idea era alinear los núcleos por medio de un potente campo magnético. Los físicos usaron pulsos de radio para invertir uno o ambos espins, y consiguieron que ambos se entrelazaran. El entrelazamiento es un extraño, pero bien conocido proceso cuántico en el que dos partículas comparten la misma existencia de forma que, como si de dos gemelos microscópicos se tratara, lo que le sucede a una es inmediatamente “sabido” por la otra, con independencia de la distancia que las separe. Después, una vez entrelazados, al escuchar las señales de radio emitidas por los núcleos los físicos pudieron determinar cómo evolucionaban sus estados cuánticos.

Al mismo tiempo, los núcleos de los átomos de carbono e hidrógeno estaban en contacto térmico, lo que significa que la energía térmica podía fluir entre ambos. Los investigadores podían controlar la temperatura de los dos núcleos y calentarlos de forma independiente gracias a la resonancia magnética nuclear. En estas condiciones, lo lógico sería que, como sucede en el mundo real, el calor fluyera desde el núcleo más caliente hacia el más frío. Pero Micadei y su equipo observaron justo lo contrario.

La clave para lograrlo fue, como se ha dicho antes, el entrelazamiento, el fenómeno que Micadei y sus colegas explotaron para crear el conjunto único de condiciones iniciales que permiten que, dentro de ese sistema, el tiempo corra hacia atrás.

El resultado fue la creación de un tipo de “motor” capaz de impulsar la energía térmica en la dirección opuesta a la que nos es familiar. “Observamos -reza el artículo- un flujo de calor espontáneo desde el sistema frío al caliente”.

Escala macroscópica

El hallazgo tiene importantes implicaciones para nuestra comprensión de la naturaleza del tiempo, y de su relación con el entrelazamiento cuántico y la entropía. “Nuestros resultados soble la flecha termodinámica del tiempo -explica Micadei- podrían también tener estimulantes consecuencias sobre la flecha cosmológica del tiempo”. Lo cual da a entender que procesos parecidos a los descritos en su experimento podrían ser responsables de las condiciones iniciales del Universo, el sistema en que vivimos, y explicar por qué el tiempo fluye en la dirección que observamos.

Otro aspecto significativo de este trabajo, de naturaleza más práctica, es que los fenómenos observados por los investigadores no se limitan solo a los sistemas microscópicos, sino que funcionan también a escala macroscópica, con un gran número de moléculas implicadas. Por lo tanto, estos resultados podrían desembocar en una nueva generación de dispositivos en cuyo interior el tiempo correría al revés, y que serían capaces de conducir la energía térmica de objetos fríos a otros más calientes.

Lo de ir a ver dinosaurios, por desgracia, tendrá aún que esperar…

Fuente: abc.es