Fenómeno de inversión del tiempo: en el reino cuántico, ni siquiera el tiempo fluye como cabría esperar

Fenómeno de inversión del tiempo: en el reino cuántico, ni siquiera el tiempo fluye como cabría esperar

Un nuevo estudio muestra que el límite entre el tiempo que avanza y retrocede puede difuminarse en la mecánica cuántica.

Un equipo de físicos de las Universidades de Bristol, Viena, las Islas Baleares y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI-Viena) ha demostrado cómo los sistemas cuánticos pueden evolucionar simultáneamente a lo largo de dos flechas de tiempo opuestas, tanto hacia adelante como hacia atrás en el tiempo.

El estudio, publicado en el último número de  Communications Physics , requiere repensar cómo se entiende y representa el flujo del tiempo en contextos donde las leyes cuánticas juegan un papel crucial.

Durante siglos, filósofos y físicos han reflexionado sobre la existencia del tiempo. 

Sin embargo, en el mundo clásico, nuestra experiencia parece extinguir cualquier duda de que el tiempo existe y continúa. 

De hecho, en la naturaleza, los procesos tienden a evolucionar espontáneamente de estados con menos desorden a estados con más desorden, y esta propensión puede usarse 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.

La Dra. Giulia Rubino de los Laboratorios de Tecnología de Ingeniería Cuántica de la Universidad de Bristol (laboratorios QET) y autora principal de la publicación, dijo:

“Si un fenómeno produce una gran cantidad de entropía, observar su inversión temporal es tan improbable que se vuelve esencialmente imposible. Sin embargo, cuando la entropía producida es lo suficientemente pequeña, existe una probabilidad no despreciable de que la inversión temporal de un fenómeno se produzca de forma natural.

“Podemos tomar la secuencia de cosas que hacemos en nuestra rutina matutina como ejemplo. Si nos mostraran nuestra pasta de dientes moviéndose desde el cepillo de dientes hacia su tubo, no tendríamos ninguna duda de que fue una grabación rebobinada de nuestro día. Sin embargo, si apretamos el tubo suavemente para que solo salga una pequeña parte de la pasta de dientes, no sería tan improbable que la observemos volver a entrar en el tubo, succionada por la descompresión del tubo “.

Los autores del estudio, dirigido por el profesor Caslav Brukner de la Universidad de Viena y el IQOQI-Viena, aplicaron esta idea al reino cuántico, una de cuyas peculiaridades es el principio de superposición cuántica, según el cual si dos estados de un sistema cuántico es posible, entonces ese sistema también puede estar en ambos estados al mismo tiempo.

“Al extender este principio 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 al tubo), también pueden encontrarse evolucionando simultáneamente a lo largo de ambas direcciones temporales.

“Aunque esta idea parece bastante absurda cuando se aplica a nuestra experiencia diaria, en su nivel más fundamental, las leyes del universo se basan en principios de la mecánica cuántica. Esto plantea la pregunta de por qué nunca encontramos estas superposiciones de flujos de tiempo en la naturaleza ”, dijo el Dr. Rubino.

El Dr. Gonzalo Manzano, coautor de la Universidad de las Islas Baleares, dijo: “En nuestro trabajo, cuantificamos la entropía producida por un sistema que evoluciona en superposición cuántica de procesos con flechas de tiempo opuestas. Descubrimos que esto a menudo resulta en proyectar el sistema en una dirección de tiempo bien definida, correspondiente al proceso más probable de los dos. Y, sin embargo, cuando están involucradas pequeñas cantidades de entropía (por ejemplo, cuando se derrama tan poca pasta de dientes que se puede ver que se reabsorbe en el tubo), entonces se pueden observar físicamente las consecuencias de que el sistema haya evolucionado hacia adelante y hacia atrás. direcciones temporales al mismo tiempo “.

Aparte de la característica fundamental de que el tiempo en sí podría no estar bien definido, el trabajo también tiene implicaciones prácticas en la termodinámica cuántica. 

Colocar un sistema cuántico en una superposición de flechas de tiempo alternativo podría ofrecer ventajas en el rendimiento de las máquinas térmicas y los refrigeradores.

El Dr. Rubino dijo: “Aunque el tiempo a menudo se trata como un parámetro que aumenta continuamente, nuestro estudio muestra que las leyes que gobiernan su flujo en contextos de mecánica cuántica son mucho más complejas. Esto puede sugerir que necesitamos repensar la forma en que representamos esta cantidad en todos aquellos contextos donde las leyes cuánticas juegan un papel crucial ”.

Referencia: “Quantum superposition of thermodynamic evolutions with opposing time’s arrows” 26 November 2021, Communications Physics.
DOI: 10.1038/s42005-021-00759-1


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