¿Y si el tiempo no fuera algo que existe por sí mismo, sino una consecuencia de los cambios que ocurren dentro del universo? La pregunta parece propia de la ciencia ficción, pero lleva décadas ocupando a algunos de los físicos que intentan reconciliar la mecánica cuántica con la gravedad.
Ahora, un experimento realizado en Reino Unido consiguió poner a prueba una parte de esa idea utilizando apenas 24.000 átomos. Giovanni Barontini, profesor de la Universidad de Birmingham, construyó un sistema cuántico aislado capaz de expandirse y contraerse repetidamente. Al observar cómo se redistribuían sus partículas, consiguió establecer una medida interna del paso del tiempo sin depender de un reloj externo.
Lo más llamativo fue que esa medida podía avanzar a distintas velocidades e incluso permanecer inmóvil cuando dejaban de producirse determinados cambios internos. El descubrimiento, publicado en Physical Review Research, ofrece una nueva herramienta experimental para estudiar uno de los grandes problemas de la física: por qué experimentamos el tiempo avanzando siempre del pasado hacia el futuro.
Un universo construido con 24.000 átomos a temperaturas cercanas al cero absoluto
Para realizar el experimento, Barontini utilizó una nube de aproximadamente 24.000 átomos de rubidio enfriados hasta unas pocas milmillonésimas de grado por encima del cero absoluto. A temperaturas tan extremas, los átomos pueden comportarse colectivamente como un único sistema cuántico, conocido como condensado de Bose-Einstein.
El investigador confinó las partículas mediante campos ópticos y dividió el sistema utilizando una barrera creada con luz láser. Así obtuvo dos regiones: una observable, denominada zona brillante, y otra que permanecía fuera de las mediciones, llamada zona oscura. Los átomos podían desplazarse entre ambas regiones, provocando que la parte observable se expandiera y contrajera repetidamente. El comportamiento recordaba, de manera simplificada, a las ideas cosmológicas del Big Bang y el Big Crunch, donde el universo pasa por etapas de expansión y colapso.
Sin embargo, el objetivo no era reproducir literalmente el nacimiento del cosmos. Barontini quería comprobar si los cambios en la distribución de las partículas podían utilizarse para ordenar acontecimientos sin recurrir a segundos, minutos o cualquier otra referencia temporal externa. Según explicó la Universidad de Birmingham, el experimento permitió construir una medida que dependía exclusivamente de lo que estaba ocurriendo dentro del sistema.
El tiempo parecía avanzar cuando los átomos cambiaban de posición
La clave del descubrimiento fue la entropía, una magnitud física relacionada con la distribución de los estados de un sistema y con la dirección de determinados procesos naturales. Barontini utilizó una medida de entropía definida a partir de la distribución de partículas en la región observable. A partir de sus variaciones, reconstruyó una escala temporal interna denominada tiempo entrópico. Cuando los átomos se redistribuían, esa escala avanzaba. Cuando determinados cambios dejaban de producirse, su progresión se detenía. Además, podía acelerarse o ralentizarse según la dinámica del sistema.
Lo sorprendente es que esta medida mantuvo una dirección coherente incluso durante los ciclos de expansión y contracción. También permitió ordenar los acontecimientos correctamente y describir la evolución cuántica mediante una formulación efectiva de la ecuación de Schrödinger. El artículo científico original explica que estos resultados permiten comprobar experimentalmente teorías del tiempo relacional, según las cuales el tiempo puede definirse mediante las relaciones entre diferentes partes de un sistema físico.
El experimento no detuvo el tiempo real, pero abre una pregunta enorme
Hay una distinción fundamental: cuando los científicos afirman que el tiempo se detenía, no significa que los relojes del laboratorio dejaran de funcionar ni que el universo quedara congelado. Lo que permanecía inmóvil era la medida interna construida a partir de los cambios observables. El tiempo convencional seguía transcurriendo fuera del experimento. Tampoco se ha demostrado que el tiempo sea una ilusión o que nuestro universo carezca de una dimensión temporal fundamental. El resultado muestra que es posible describir la evolución de determinados sistemas cuánticos utilizando una referencia temporal que surge de sus propias dinámicas.
Esta posibilidad es especialmente interesante para la gravedad cuántica. Algunas formulaciones teóricas, como la ecuación de Wheeler-DeWitt, describen el universo sin introducir un reloj externo, lo que genera dificultades para explicar cómo se suceden los acontecimientos.
El experimento de Birmingham ofrece un escenario controlado donde investigar estas cuestiones y comprobar hasta qué punto las relaciones internas pueden reemplazar a una referencia temporal convencional. Aunque todavía queda un largo camino para trasladar estos resultados a modelos cosmológicos más complejos, el trabajo deja una idea fascinante: quizá no siempre necesitemos un reloj para que exista una manera coherente de medir el tiempo.
