Un equipo de investigadores de las Universitat de les Illes Balears (España), de Bristol (Reino Unido) y Viena han demostrado cómo los sistemas cuánticos pueden evolucionar simultáneamente a lo largo de dos flechas temporales opuestas, tanto hacia delante como hacia atrás en el tiempo.
El estudio obliga a replantearse cómo se entiende y representa el flujo del tiempo en contextos en los que las leyes cuánticas desempeñan un papel crucial.
Aunque el tiempo suele tratarse como un parámetro que aumenta continuamente, el 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", indica la autora principal de la investigación Giulia Rubino, de la Universidad de Bristol
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.
"Si un fenómeno produce una gran cantidad de entropía, observar su inversión temporal es tan improbable que resulta esencialmente imposible", pero cuando la entropía producida es lo suficientemente pequeña "existe una probabilidad no despreciable de ver la inversión temporal de un fenómeno de forma natural", destaca Rubino.
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La experta lo explica con un tubo de pasta de dientes, que si se aprieta hace pasar el producto al cepillo, pero si la presión es muy suave no sería improbable observar que la pequeña cantidad de pasta que sale volviera a entrar en el tubo, aspirada por la descompresión del mismo.
Los autores del estudio aplicaron esta idea al ámbito cuántico, una de cuyas peculiaridades es el principio de superposición, según el cual si en un sistema hay dos estados son posibles, este puede estar en ambos al mismo tiempo.
Ese principio de superposición cuántica fue explicada en 1935 por el físico austriaco Erwin Schrödinger con la paradoja de un gato dentro de una caja que estaba vivo y muerto a la vez, hasta que la caja no se abriera.
Extendiendo el principio de superposición a las flechas del tiempo, resulta que los sistemas cuánticos que evolucionan en una u otra dirección temporal (la pasta de dientes que sale o vuelve a entrar en el tubo), también pueden encontrarse evolucionando simultáneamente a lo largo de ambas direcciones temporales.
"Aunque esta idea parece bastante disparatada cuando se aplica a nuestra experiencia cotidiana, en su nivel más fundamental, las leyes del universo se basan en principios de la mecánica cuántica. Esto nos lleva a preguntarnos por qué nunca nos encontramos con estas superposiciones de flujos temporales en la naturaleza", afirma Rubino.
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En el estudio se cuantifica la entropía producida por un sistema que evoluciona en superposición cuántica de procesos con flechas temporales opuestas, explica el coautor Gonzalo Manzano de la Universitat de les Illes Balears.
En la mayoría de los casos, el resultado es la proyección del sistema en una dirección temporal bien definida, que corresponde al proceso más probable de los dos.
Sin embargo, cuando se trata de pequeñas cantidades de entropía “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”, agrega el investigador.