Mario Manzanares–AAA
Nuestra vida transcurre contenida en tres compartimientos temporales: pasado, presente y futuro.
El pasado tiene para nosotros límites netos, opuesto netamente a un futuro incierto. El presente es una fugaz instantánea que rápidamente pasa a formar parte del pasado.
Pero los tres comparten un hecho evidente: solo discurren en una dirección, del pasado hacia el futuro pasando por el presente, que obra como un puente entre los otros dos.
A esta dirección la llamó Arthur Eddington (1882-1944) en 1927 ¨la flecha del tiempo¨. El concepto hace referencia al carácter unidireccional e irreversible del tiempo.
No corre nunca hacia atrás y lo pasado no puede cambiarse.
Si dejamos caer una taza, esta se romperá en pedazos al impactar contra el suelo.
Intuitivamente sabemos que lo opuesto nunca sucederá, los trozos jamás volverán a unirse por sí solos para formar nuevamente la taza original.
Sir Arthur Eddington (fuente BBC)
Podemos permanecer una eternidad a la espera de ello, pero no sucederá.
¿Podemos cambiar este futuro? Sí, ciertamente. Pese a su carácter a priori incierto, podemos incidir en él. Bastará con que decidamos dar a la taza otra alternativa entre muchas: permanecer en la alacena, ser depositada sobre la mesa, etc.
Pero si mantenemos la conducta original, una vez rota la taza no habrá marcha atrás.
Puede subsanarse pero no anularse. Podemos tomar un pegamento y volver a unir los trozos, pero no volvemos realmente a la situación previa.
Una vez consumado, el hecho se integra a nuestro pasado y ya no se puede revertir.
¿Por qué es así?
Porque todo aquello que hagamos genera un aumento en la entropía de nuestro sistema, y esa energía se vuelve inutilizable.
Si bien las leyes de la física no prohíben la dirección inversa, la segunda ley de la termodinámica nos dice que todo sistema tiende espontáneamente hacia un estado de desorden por así decirlo, si bien se trata más correctamente de una homogeneización.
El aumento constante de la entropía es el indicador físico principal de esta flecha del tiempo.
Resulta una paradoja: las físicas clásica y cuántica no distinguen entre pasado y futuro, son simétricas en el tiempo, pero en la práctica no vemos que los sistemas complejos se ordenen espontáneamente.
Subyace a esto un problema probabilístico. La posibilidad de volver atrás existe en teoría, pero compite con millones de posibilidades en contrario. La naturaleza opta siempre por el camino menos complejo, descartando las otras posibilidades una vez contempladas.
Y el camino corto esel aumento de entropía.
Cuanto más desordenado se vuelve un sistema, más difícil le es volver a un estado ordenado, y más fuerte es la flecha del tiempo.
La tendencia natural del universo al desorden es la razón fundamental por la que experimentamos que el tiempo fluye en una dirección.
Intuitivamente pensamos que el tiempo fluye del pasado hacia el futuro, y que el ayer es diferente del hoy y del mañana. El tiempo resulta asimétrico y unidireccional, con fenómenos físicos que tienen comportamientos irreversibles.
Si unimos los trozos de la taza con pegamento utilizamos para ello energía bajo la forma de trabajo. El resultado final es una taza reconstruida, pero lo ha sido a costa de un aumento de la entropía, la que hemos generado con nuestro accionar.
La entropía siempre aumenta, y lo hace permanentemente.
Todo en el universo tiende de continuo al desorden, al caos. Como hemos dicho antes, estos términos son quizás poco felices, pero se usan para contraponer sistemas ordenados y complejos previos con sistemas más simples y desordenados posteriores.
En realidad todo se vuelve más homogéneo.
¿Puede evitarse?
Sí, pero a costa del gasto de energía.
El mejor ejemplo son los seres vivos. En su evolución pasan de ser un sistema poco desarrollado a ser otro de alta complejidad, en un anabolismo que representa ir en contra del devenir antes mencionado.
Pero se hace a costa del consumo de energía, que se obtiene de los alimentos.
Es una situación temporal, que aparenta ser de entropía negativa, cuando en realidad se traduce también entre otros, en la producción de calor que aumenta la entropía del sistema.
A la larga el ser vivo muere y todo su cuerpo se desintegra, se diluye y dispersa, integrándose al sistema y aumentando la entropía de este.
Nada detiene el incremento de la entropía, nada.
La entropía de nuestro universo es cada vez mayor, aunque la creación continua de nuevas estrellas, planetas y galaxias nos den una falsa imagen de anabolismo cósmico.
Todo está mucho más desperdigado que antes a medida que el universo se expande.
La energía se distribuye en un ambiente cada vez mayor y se diluye en él.
Las distancias entre los cuerpos celestes crecen exponencialmente y la temperatura desciende de continuo.
Cada vez que una estrella muere desperdiga sus componentes por el espacio que la rodea, los que se diluyen en este a lo largo de milenios.
Serán las semillas de nuevos cuerpos, pero cada vez será más difícil reunirlos.
Un universo cada vez más vasto, más oscuro y frío.
Hasta la conversión en algo inerte, vacío, helado, sin cuerpos y ni tan siquiera luz.
El tan mentado Big Freeze.
¿Y de dónde proviene la energía que ha mantenido el universo hasta ahora, creando cuerpos por doquier y generando entropía creciente?
Del Big Bang.
Toda la energía del universo se generó entonces, y ha ido utilizándose en formar galaxias, estrellas, planetas y muchos otros cuerpos a medida que el espacio en que se hallan contenidos se expande vertiginosamente.
Vision artistica-Big Bang/Big Freeze-(via Gemini IA)
Cada cosa creada consumió energía, y aumentó la entropía del sistema.
La energía disponible, si bien originalmente inconmensurable, disminuye de continuo a medida que aumenta su forma inutilizable.
Si la entropía aumenta de continuo, debió por lógica ser menor antes, y cada vez menor a medida que retrocedemos en el tiempo. Aquí surge una de las preguntas aún sin responder por la cosmología: ¿por qué el Big Bang fue un momento de máximo orden y mínima entropía (alta organización)?
Toda la energía y la materia estaban en un estado unificado, increíblemente denso y caliente.
La expansión subsiguiente impulsó el universo hacia un estado de desorden creciente.
El universo inicial no era empero caótico, sino uniforme y ordenado a gran escala.
Persiste el misterio, llamado Hipótesis del pasado, de por qué comenzó en un estado tan ordenado e improbable, cuando una distribución aleatoria sería de altísima entropía.
Nuestro universo parece organizado y ordenado, con sistemas solares, galaxias y una intrincada estructura cósmica; pero se halla en su punto de máxima entropía desde que se originó.
El universo primigenio se describe como una sopa caliente de fotones, quarks y electrones, que parece en comparación con lo cotidiano algo de muy alta entropía…¿cómo se entiende que ese estado primario haya sido en realidad de entropía extremadamente baja?
Si pensamos en el universo primitivo parece sin duda alguna un estado de elevada entropía: un mar de partículas apiñadas en un volumen minúsculo, destinado a convertirse en todo lo existente en los siguientes 13.800 millones de años.
La entropía del Big Bang fue extremadamente baja aunque no nula, representando un estado de orden inmenso que contrasta con la tendencia natural del universo hacia el desorden, generando el problema aún no resuelto de cómo surgió un estado con tal orden.
No importa lo que hagamos, la cantidad total de entropía en nuestro universo siempre aumenta. Todas las formas de orden y vida se alimentan de la energía extraída de procesos que aumentan la entropía.
El universo, al comenzar siendo caliente y denso hace 13.800 millones de años, para luego expandirse y enfriarse, fue capaz de producir todo tipo de sistemas ordenados como galaxias, estrellas, elementos pesados, sistemas estelares, planetas, moléculas orgánicas e incluso seres vivos.
El fenómeno de la entropía introduce una asimetría fundamental en la física: define la flecha del tiempo. Las leyes fundamentales de la física no distinguen entre pasado y futuro.
Los procesos naturales son aquellos en los que se verifica un aumento de la entropía del universo, y nunca a la inversa.
La primera persona que se planteó este problema en serio fue el físico austríaco Ludwig Botzmann (1844-1906), quien llegó a la conclusión de que el estado más probable de cualquier sistema es el desorden.
Todo se reduce a un número de combinaciones posibles. Ninguna ley física impide un escenario ordenado, pero resulta altamente improbable porque hay un número enormemente mayor de combinaciones a favor de situaciones desordenadas.
Ludwig Boltzmann -(fuente Physic World)
La entropía tiende a aumentar por la sencilla razón de que el desorden es mucho más probable que el orden.
El futuro es distinto del pasado simplemente porque la entropía del universo ha aumentado.
Y he aquí entonces por qué el comienzo del universo como sistema de muy baja entropía resulta desconcertante, ya que es un sistema extremadamente atípico e improbable.
Si la configuración se eligiera aleatoriamente entre todas las posibles, resultaría en una de muy alta entropía.
Ciertamente desconcertante.
Se ha propuesto a la etapa inflacionaria del universo para explicarlo.
Esta etapa siguió de inmediato al Big Bang, teniendo lugar entre 10(- 36) y 10(-32) segundos luego de este. En ese brevísimo lapso hubo una expansión exponencial ultrarrápida del universo primitivo que estiró las fluctuaciones cuánticas iniciales, creando las semillas de las estructuras cósmicas. La entropía aumentó drásticamente pero su densidad cayó porque la entropía preexistente se distribuyó en un volumen inmensamente mayor, resultando en un universo observable inicial con una densidad de entropía muy baja.
El universo habría comenzado entonces con un estado de baja entropía debido a la dilución inflacionaria, que explica que esta aumente constantemente (y por tanto la flecha del tiempo) hacia el desorden actual.
Esta era inflacionaria no viola la segunda ley de la termodinámica, sino simplemente reconfigura la relación entre la entropía total y la densidad de entropía, creando un estado inicial que permite la evolución y la formación de estructuras.
Materiales consultados:
1) Flecha del tiempo.
https://es.wikipedia.org/wiki/Flecha_del_tiempo
2) Pregúntale a Ethan: ¿cuál era la entropía del universo en el Big Bang?
https://medium.com/starts-with-a-bang/ask-ethan-what-was-the-entropy-of-the-universe-at-the-big-bang-45ce2622ecb7
3) El origen del tiempo: la hipótesis que conecta la entropía, el big bang y la física cuántica.
https://muyinteresante.okdiario.com/ciencia/el-origen-del-tiempo
2) Pregúntale a Ethan: ¿cuál era la entropía del universo en el Big Bang?
https://medium.com/starts-with-a-bang/ask-ethan-what-was-the-entropy-of-the-universe-at-the-big-bang-45ce2622ecb7
3) El origen del tiempo: la hipótesis que conecta la entropía, el big bang y la física cuántica.
https://muyinteresante.okdiario.com/ciencia/el-origen-del-tiempo
