Albert Einstein dijo que la distinción entre el pasado, el presente y el futuro es sólo una ilusión persistente.
Entonces, por qué nos asombra tanto cuando en algunos casos algunas personas parecen poder 'ver' o 'intuir' el futuro (*) como por ejemplo en
El Caso de las Profecías de 1967.
El tema es filosóficamente interesante porque la existencia de un futuro más o menos predeterminado se relaciona con la cuestión de la
dicotomía entre el destino y el libre albedrío humano, la cual es una de esas perennes preguntas de la
Filosofía que se han debatido y se continuarán debatiendo por largo tiempo. Por otro lado el asunto también nos plantea la pregunta qué es el tiempo y cuál es la diferencia entre pasado, presente y futuro. Incluso algunos filósofos hoy en día debaten
si el tiempo es algo real y si realmente fluye del pasado al futuro, o si el tiempo es solo una construcción de nuestra imaginación. Pero como este no es un blog de filosofía, preferimos tomar otro camino más productivo; el de la ciencia empírica.
El Problema de la Flecha del Tiempo
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La Flecha del Tiempo en sus diferentes aspectos |
En la
Física este es un tema interesante porque el
sentido de la flecha del tiempo, es decir, la diferencia entre pasado, presente y futuro, se relaciona con esa paradoja que existe entre la simetría y reversibilidad del tiempo en la
física cuántica (mundo subatómico) versus la irreversibilidad del tiempo a nivel de
física clásica; ya que a nuestro nivel de observación macroscópica el tiempo siempre tiene una clara dirección irreversible, del pasado al futuro, de acuerdo a la
Segunda Ley de la Termodinámica (Ley del Incremento de la Entropía), el cual es uno de los
problemas no resueltos de la fisica.
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El origen cosmológico de la Flecha del Tiempo |
A nivel cuántico, sin embargo, las leyes de la física son simétricas respecto al tiempo (no hay diferencia entre pasado y futuro a nivel fundamental cuando se toma en consideración la antimateria y la paridad, a lo cual se le llama
Simetría CPT) y tal parece que en ciertos casos es posible que el tiempo fluya ´al revés´ según sugiere el experimento de
John Wheeler (conocido en inglés como ´
delayed choice experiment´ el cual es una variante del experimento clásico de la doble rendija que puede ser confirmado
experimentalmente) donde causa y efecto parecen invertir sus roles (fenómeno llamado
retrocausación) ya que decisiones tomadas en el futuro afectarían el resultado de mediciones en el pasado; es decir que
el futuro influencia el pasado.
A pesar de lo contra intuitivo que lo anterior pueda parecernos, en realidad esto está permitido por el
Principio de Incertidumbre entre Tiempo y Energía de Heisenberg expresado matemáticamente en la relación (ΔT) (ΔE) ≥ ℏ/2 (donde ΔT representa la incertidumbre en la medición del tiempo, ΔE la incertidumbre en la energía y ℏ la constante de Planck) y que tiene dos implicaciones: 1) La ley de conservación de energía puede ser violada durante un intervalo de tiempo pequeño, 2) La
medición del tiempo se indefine en la medida que tratamos de precisar la energía de los estados cuánticos.
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El Principio de Incertidumbre de Heisenberg en sus dos aspectos |
Incluso la indeterminación del tiempo en mecánica cuántica puede llegar al punto que el tiempo tal parece detenerse duante la medición, lo cual se puede observar experimentalmente en el llamado
Zeno Effect (Efecto Zenón) donde se demuestra cómo un sistema cuántico no cambia mientras está siendo observado; y que algunos interpretan como una especie de
Efecto Observador en la mecanica cuantica.
La idea central aquí es que el tiempo no debe ser visto como un simple "punto" en una linea de tiempo, sino más bien debería ser visto como una "burbuja" que incluye potenciales eventos en el futuro y en el pasado.
El
Principio de Incertidumbre entre Tiempo y Energía es un principio físico muy bien establecido que por cierto también explica la existencia de la
Energía del Vacio o Punto Cero que se demuestra en el
Efecto Casimir y que es clave en la
electrodinámica cuántica, permitiendo la creación y aniquilación de parejas de
partículas virtuales en el vacío, representadas en los
Diagramas de Feynman, donde aparentemente las antipartículas viajan del futuro al pasado, mientras que las partículas 'normales' viajan del pasado al futuro.
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Ejemplo de diagrama de Feynman: Un electrón y un positrón se aniquilan, produciendo un fotón, que se convierte en una pareja quark-antiquark radiando un gluón. Nótese que el positrón y el anti-quark se representan viajando del futuro al pasado, mientras que el electrón y quark viajan del pasado al futuro. |
Adicionalmente el
Principio también soporta la hipótesis de Wheeler sobre el llamado
Participatory Universe (Universo de Participación o Consenso) donde a través de la observación del mundo físico nosotros realmente somos co-creadores del universo. Explicándose de esta forma el fenómeno psíquico de la
precognición como casos donde información sobre estados futuros y presentes se sobreponen por 'efecto Wheeler'.
Relatividad del Tiempo
Otro interesante aspecto sobre el tiempo es su
carácter relativo. Este es un hecho bien conocido en la física clásica que se deriva de la
teoría de la relatividad especial de Einstein y que en esencia significa que depende del
sistema de referencia, o sea, que
el tiempo se dilata (las manecillas del reloj rotan más lentamente) en un sistema inercial de referencia en movimiento, comparado con otro en reposo, a medida que la velocidad del sistema de referencia se aproxima a la de la luz en el vacío; con el corolario de que el tiempo se detendría a la velocidad de la luz.
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Dilatación del tiempo en un reloj en movimiento |
Como también se sabe que
el tiempo se dilata por efecto de la gravitación (por ejemplo cerca de un
agujero negro) o por efecto de la aceleración que sería '
equivalente' a la gravitación, lo cual conduce a la curiosa
paradoja de los gemelos donde el gemelo que queda en la tierra envejece más rápido que su hermano que viaja por el espacio; pero el misterio del tiempo es más profundo que eso.
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Paradoja de los Gemelos: Dilatación del tiempo por efecto de la gravitación o aceleración |
Quizás más interesante aún es el hecho que en las ecuaciones fundamentales de la física, incluyendo la teoría de la gravitación según Einstein (basada en su teoría de la relatividad general) y la teoría cuántica del campo, el tiempo aparece matemáticamente como la cuarta dimensión de un
vector en el espacio de los números complejos ( x, y, z, ict ) que también incluye las tres dimensiones espaciales, aunque con la diferencia que el tiempo aparece como una
dimensión imaginaria (en el producto "ict" donde i es la unidad de los números imaginarios, c es la velocidad de la luz y t es el tiempo) mientras que las tres dimensiones espaciales ( x, y, z ) aparecen como números reales. Dicho vector de 4 dimensiones (4D) es utilizado para representar la métrica del
Espacio de Minkowski en todas la ecuaciones del campo, tanto clásicas como cuánticas. Este hecho no es solo un subterfugio matemático, sino que nos revela una relación física fundamental del espacio-tiempo. Resulta entonces muy interesante considerar que pasaría en un universo (un
universo paralelo quizás) donde el tiempo se comportara como una dimensión 'real', y donde uno pudiera desplazarse al futuro o al pasado, similar a como nos desplazamos en el espacio 3D.
¿Viajar en el Tiempo?
La
Teoría de la Relatividad establece que el tiempo puede verse como una 'dimensión imaginaria', que junto a las tres 'dimensiones reales' espaciales, conforman el llamado
Espacio de Minkowski; como una entidad matemática única. Pero entonces uno se pregunta, cuál es la diferencia entre una dimensión imaginaria y una real. ¿Acaso bajo ciertas condiciones sería físicamente posible 'moverse' en la dimensión imaginaria del tiempo como si fuera una dimensión real del espacio?
El primer físico-matemático que exploró la posibilidad de viajar en el tiempo fue Kurt Gödel, amigo personal de Albert Einstein y el mismo que estableció los famosos 'Teoremas de Incompletidud' de la matemática. En 1949, Gödel encontró una solución a las
ecuaciones de campo de la relatividad general de Einstein que describían un universo en rotación. Esta solución se conoce como 'Universo de Gödel' o 'Métrica de Gödel'. Uno de los aspectos intrigantes del Universo de Gödel es que permite la existencia de curvas temporales cerradas (CTC). Las curvas cerradas en el tiempo son caminos en el espacio-tiempo que, si se siguen, permitirían a un objeto regresar a su propio pasado. En otras palabras, sugiere la posibilidad de viajar en el tiempo dentro del marco de la relatividad general. Según Gödel, la materia en este universo estaría en un estado de rotación constante y su rotación genera un efecto de arrastre de 'fotograma'. Esto significa que el propio tejido del espacio-tiempo está siendo retorcido por la rotación, provocando una especie de movimiento de arrastre de los objetos cercanos.
Otra posibilidad que se ha explorado es la de los Taquiones. La idea del Taquión fue introducida por Gerald Feinberg en 1962, quien propuso que tales partículas siempre podrían viajar más rápido que la luz, pero sin reducir su velocidad a velocidades subluminales. Su argumento se basó en el concepto de "masa imaginaria", una construcción teórica que involucra la raíz cuadrada de un número negativo. La teoría de los Taquiones fue casi olvidada hasta que una investigación reciente dirigida por físicos de la Universidad de Varsovia y la Universidad de Oxford lograron introducir un marco teórico que reconcilia los Taquiones con la relatividad especial de Einstein. Según los investigadores, este marco permite que las partículas superluminales transporten información "hacia atrás en el tiempo", abriendo así nuevas posibilidades sobre la "retro-causación" en la física, lo cual nos permitiría viajar en el tiempo; al menos teóricamente. Estas nuevas ideas han intrigado a los físicos, aunque también hay que decir que la idea de los Taquiones sigue siendo una idea o hipótesis especulativa, o mejor dicho, una teoría física sin confirmación experimental.
Más recientemente, otra posibilidad diferente de viajar en el tiempo, como si fuera una dimensión espacial, fue presentada en la interesante película de ciencia ficción
Interstellar, asesorada por el físico teórico premio Nobel de física Kip Thorne, donde el astronauta al quedar atrapado en un mundo paralelo puede moverse en el tiempo como si fuera otra dimensión espacial y producir varios fenómenos físicos que en otras condiciones hubieran sido considerados 'paranormales'. ¿Pero se trata solamente de una especulación o acaso esto podría ser real?
Y es aquí donde el problema del tiempo se pone interesante, ya que según plantean algunos estudiosos del tema, eso es precisamente lo que ocurre del 'otro lado' de nuestro universo cuando la
consciencia (que por cierto también es un
fenómeno cuántico) se encuentra libre del
filtro tridimensional que representa el cerebro biológico (ver
problema mente-cuerpo para más información sobre la correlación entre la consciencia y el cerebro) ya sea por ejemplo cuando la persona está en un estado de meditación profunda, o cuando se encuentra en un trance mediúmnico, o durante el fenómeno clínico de las
Experiencias Cercanas a la Muerte (en inglés, NDE). En esos estados alterados de la consciencia el tiempo es percibido de una forma totalmente diferente, como si el tiempo se detuviera en un eterno 'ahora', permitiendo la posibilidad de
desplazarse en el tiempo con el pensamiento hacia 'adelante' o hacia 'atrás' para poder ver probabilidades de eventos en el futuro o el pasado.
Pero el misterio del tiempo no termina ahí, porque si de alguna forma es posible observar directamente eventos futuros o pasados, entonces uno se pregunta si tambiėn será posible viajar en el tiempo y 'alterar' dichos eventos al estilo de la película "Back to the Future", y qué sucedería entonces con la llamada
paradoja del abuelo que plantea el dilema de qué pasaría si alguien viaja al pasado y mata a su abuelo previniendo así su propia existencia.
Una forma de resolver las paradojas lógicas de viajar en el tiempo es mediante la 'conjetura de autoconsistencia de las lineas de tiempo', que esencialmente establece que puedes viajar al pasado, pero no puedes cambiarlo, es decir, que solo puedes 'observarlo'. Teóricamente esto sería posible a través del concepto de 'múltiples historias', o en términos más familiares, líneas de tiempo paralelas. La idea es muy simple. Cuando salgo de la 'máquina del tiempo', entro en una línea de tiempo diferente. En esa línea de tiempo, puedo hacer lo que quiera, incluso destruir esa máquina del tiempo, sin cambiar nada en la línea de tiempo original de la que vengo. Pero dado que no puedo destruir la máquina del tiempo en la línea de tiempo original, que es la que usé para viajar en el tiempo, no hay paradoja.
La mecánica cuántica ciertamente parece implicar que las 'múltiples historias' que coexisten es posible, al menos si uno se suscribe a la interpretación de "
Muchos Mundos" de Hugh Everett, donde una historia puede 'dividirse' en múltiples historias, una para cada resultado posible de la medición, por ejemplo, en una linea de tiempo el gato de Schrödinger puede estar vivo, o muerto en otra.
En este sentido también la actual teoría del
Higgs Singlet que es una patícula elemental que puede viajar hacia alante y hacia atrás en el tiempo según el
Supersymmetric Standard Model (extensión del
Modelo Estándar de la física de partículas elementales que incluye la Supersimetría SUSY) pudiera resolver el dilema haciendo físicamente posible 'observar' el tiempo futuro o pasado sin 'alterarlo'.
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El Modelo Estándar de las Partículas y la Supersimetría SUSY |
¿Es el Tiempo algo fundamental en la Física?
Otro misterio sobre el tiempo y el espacio tiene que ver con las ideas actuales de la física teórica alrededor del llamado
Principio Holográfico de la
Cosmología Física donde el tiempo no parece ser algo fundamental en la física, sino más bien tal parece que
el tiempo emerge de alguna entidad física más fundamental como por ejemplo de la
información contenida en los estados cuánticos; y como lo ha expresado el físico teórico Juan Malcadena "esto sugiere que el quantum es lo más fundamental, y el espacio-tiempo emerge de él".
En
Teoría de la Información la cantidad de información en un canal de comunicación, o en un sistema estocástico en general, se describe a través del concepto de
Entropía según la definición de Boltzmann y el Teorema de Shannon. Interesantemente además en Física Estadística (tanto clásica como cuántica) hay un teorema matemático llamado
Teorema de Liouville que demuesta que existe una especie de
ley de conservación de la información, y que como explica el profesor Susskind sería la
ley cero de la física estadística de la cual se derivan otras leyes de conservación en la física; lo cual puede tener otras implicaciones sobre la
supervivencia de la consciencia como información cuántica --pero eso es definitivamente otro tema.
Nota: Para más información sobre el tiempo en la física y los misterios de la mecánica cuántica (con nombres y referencias relevantes) véase el blog sobre
Temas de Física Cuántica.