Una flecha cuántica del tiempo

Las leyes matemáticas de la física funcionan igual de bien para eventos que van hacia delante o hacia atrás en el tiempo. Aunque en el mundo real, el café caliente nunca se separa de la leche fría. Una publicación teórica en el ejemplar del 21 de agosto de la revista Physical Review Letters ofrece una nueva explicación de este conflicto aparente entre la simetría temporal de las leyes físicas y el avance de la “flecha del tiempo” que vemos en los eventos cotidianos. Cuando se observa en términos cuánticos, los eventos que incrementan la entropía del universo dejan registros de sí mismos en su entorno. El investigador propone que los eventos que van “hacia atrás”, reduciendo la entropía, no pueden dejar trazas de haber sucedido, lo cual es equivalente a no suceder.

Termodinámicamente hablando, cuando dos cuerpos de temperatura distinta se unen, hay un flujo de energía entre ellos hasta que se igualan las temperaturas de ambos. Asociados con esta difusión de calor hay un incremento en la cantidad conocida como entropía. AHasta donde sabemos, el calor nunca fluye espontáneamente en sentido inverso, y la entropía del universo siempre aumenta.

Invertir la flecha del tiempo sería equivalente a disminuir la entropía, por ejemplo si un objeto a una temperatura uniforme espontáneamente se calentase en un punto y enfriase en el resto. En un experimento mental del siglo XIX, un poderoso diablillo conocido como demonio de Maxwell era capaz de realizar tal separación para un gas conociendo la posición y velocidad de cada molécula de gas en una caja con una partición. Usando un obturador sobre un agujero de la partición, el demonio restringe las moléculas de alta energía a un lado y permite a las moléculas de baja energía ser recopiladas en el otro. Resulta que el demonio tendría que gastar energía y subiría su propia entropía, por lo que la entropía total del universo aún seguiría subiendo.

En el mundo cuántico, un demonio que reduzca la entropía tendría una tarea distinta, debido a que en la versión mecánico cuántica de la entropía, no hay calor que fluya cuando cambia la entropía, sino la información. Lorenzo Maccone de la Universidad de Pavia en Italia, y del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), describe un experimento mental para ilustrar las consecuencias de reducir la entropía cuántica. Un experimentador, Alice, mide el estado de espín de un átomo enviado por su amigo Bob, quien está aislado del laboratorio de Alice. El átomo está en un estado combinado (superposición) de espín arriba y espín abajo hasta que Alice mide si está arriba o abajo.

Desde la perspectiva de Alice, su laboratorio logra un único bit de información del exterior, y entonces se copia y registra en su memoria y en el disco duro de su ordenador. Tal información que fluye del átomo al laboratorio incrementa la entropía, de acuerdo con Alice. Maccone defiende que dado que Bob no ve el resultado, desde su perspectiva el estadio de espín del átomo nunca se resuelve en arriba o abajo. En lugar de esto queda mecánico cuánticamente correlado, o “entrelazado”, con el estado cuántico del laboratorio. No ve flujo de información ni cambio en la entropía.

Bob desempeña el papel del demonio de Maxwell; tiene el control total del estado cuántico de su laboratorio. Para reducir la entropía del punto de vista del laboratorio de Alice, Bob invierte el flujo de ese bit de información eliminando cualquier registro del espín del átomo en el disco duro de Alice y su cerebro. Hace eso realizando una compleja transformación que desentrelaza el estado cuántico del laboratorio del estado del átomo.

Maccone escribe que tal inversión no viola ninguna ley de la física cuántica. De hecho, desde la perspectiva de Bob, la información cuántica del átomo más la del laboratorio de Alice es la misma esté entrelazado o no – no hay cambio en la entropía visto desde fuera. Tal inversión podría tener lugar en la vida real, dice Maccone, pero dado que el universo – como Alice – no retendría memoria del ello, no tendría efecto sobre cómo percibimos el mundo. Su artículo sigue demostrando matemáticamente cómo este razonamiento se aplica en general, con el universo tomando el lugar de Alice.

Jos Uffink de la Universidad de Utrecht en los Países Bajos acepta algunos aspectos del trabajo, pero no está totalmente convencido. “El observador podría perfectamente retener una memoria parcial del evento”, después del proceso de reducción de entropía, dice. Aún así, cataloga la aproximación del artículo como “bastante novedosa” y sus conclusiones como “asombrosas”. Dice que continúa un vigoroso debate entre la relación de información como una cantidad física objetiva y la aparente “irreversibilidad” de tantos eventos en el mundo que nos rodea.

Fuente: http://www.cienciakanija.com/2009/08/18/una-flecha-cuantica-del-tiempo/

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