El resultado ofrece la primera visi\u00f3n experimental de por qu\u00e9 el universo tiene tiempo. “Cuando se juntan todos los elementos, las cosas empiezan a tener sentido”, declar\u00f3 Barontini a Live Science. “C\u00f3mo el tiempo dentro del sistema se aceleraba, se ralentizaba o incluso se deten\u00eda… fue bastante sorprendente lo bien que encajaba todo. De una forma muy precisa, en cierto modo. Algo que no suele ocurrir en los experimentos”.<\/p>\n\n\n\n
Este trabajo constituye una verificaci\u00f3n experimental de ideas que llevan d\u00e9cadas presentes en la cosmolog\u00eda cu\u00e1ntica y la termodin\u00e1mica. No se trata de una afirmaci\u00f3n revolucionaria que demuestre que\u00a0el tiempo es una ilusi\u00f3n<\/u><\/a>, sino de la primera vez que se someten estas ideas a una prueba directa y cuantitativa en el laboratorio.<\/p>\n\n\n\n Barontini se propuso abordar un problema que ha intrigado a los f\u00edsicos durante casi 60 a\u00f1os. La ecuaci\u00f3n de Wheeler-DeWitt \u2014una ecuaci\u00f3n fundamental en la gravedad cu\u00e1ntica, el campo que busca unificar la teor\u00eda de la gravedad de Einstein con la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica\u2014 describe el universo como un sistema integral sin un par\u00e1metro temporal externo. No existe un reloj c\u00f3smico que marque el tiempo fuera del universo. Entonces, \u00bfde d\u00f3nde proviene nuestra experiencia del tiempo?<\/p>\n\n\n\n Una idea influyente, denominada tiempo relacional, sostiene que el tiempo no existe como un ingrediente fundamental de la realidad. En cambio, surge de las relaciones dentro del universo, donde una parte del sistema act\u00faa como reloj para otra. Sin embargo, esta idea nunca se hab\u00eda puesto a prueba directamente en el laboratorio.<\/p>\n\n\n\n La inspiraci\u00f3n de Barontini surgi\u00f3 al ver a su hijo jugar con juguetes de construcci\u00f3n. “Pens\u00e9 que era algo muy similar a lo que hacemos en nuestros laboratorios”, declar\u00f3 a Live Science. “Jugamos con juguetes muy caros. Creamos nuestras propias peque\u00f1as muestras de la realidad”.<\/p>\n\n\n\n En su laboratorio, esa muestra es un\u00a0condensado de Bose-Einstein<\/u><\/a>, un estado de la materia que se forma \u00fanicamente a temperaturas cercanas al cero absoluto. En un condensado de Bose-Einstein, miles de \u00e1tomos se ralentizan hasta casi detenerse y se fusionan en un \u00fanico objeto cu\u00e1ntico, comport\u00e1ndose como uno solo.<\/p>\n\n\n\n Para simular un universo sin nada fuera de \u00e9l, Barontini coloc\u00f3 el condensado en una trampa y lo dividi\u00f3 por la mitad con una fina l\u00e1mina de luz l\u00e1ser. Observ\u00f3 atentamente una mitad, el “sector brillante”, e ignor\u00f3 deliberadamente la otra mitad, a la que llam\u00f3 el “sector oscuro”.<\/p>\n\n\n\n Los \u00e1tomos del sector brillante se mov\u00edan de un lado a otro en la trampa, desbord\u00e1ndose peri\u00f3dicamente por encima de la barrera y volviendo a entrar. Barontini denomin\u00f3 a los momentos en que los \u00e1tomos inundaban el sector brillante el “Big Bang” y a los momentos en que sal\u00edan de \u00e9l el “Big Crunch” (el apodo de una teor\u00eda sobre\u00a0c\u00f3mo terminar\u00e1 el universo<\/u><\/a>, con el universo colapsando sobre s\u00ed mismo). Luego, rastre\u00f3 c\u00f3mo se intercambiaba la entrop\u00eda \u2014una medida del desorden, o de cu\u00e1n dispersa est\u00e1 la energ\u00eda dentro de un sistema\u2014 entre las dos mitades a medida que los \u00e1tomos cruzaban la barrera.<\/p>\n\n\n\n En lugar de utilizar el tiempo de laboratorio para ordenar los eventos, construy\u00f3 un “tiempo entr\u00f3pico”: un reloj definido enteramente por la cantidad de entrop\u00eda que flu\u00eda entre las dos mitades del sistema. Si hab\u00eda flujo de entrop\u00eda, el tiempo transcurr\u00eda. Si no hab\u00eda intercambio de entrop\u00eda, el tiempo se deten\u00eda. “El intercambio de entrop\u00eda entre los dos sistemas pod\u00eda transformarse en una variable de tiempo interna”, dijo Barontini.<\/a><\/p>\n\n\n\n Lo que m\u00e1s sorprendi\u00f3 a Barontini fue la perfecta sincron\u00eda de todo. El tiempo interno y entr\u00f3pico ordenaba de forma fiable los acontecimientos en el sector brillante. Coincid\u00eda con la secuencia observada en el tiempo de laboratorio, pero transcurr\u00eda a un ritmo diferente.<\/p>\n\n\n\n Cuando la entrop\u00eda flu\u00eda sin cesar entre los sectores, el tiempo entr\u00f3pico transcurr\u00eda r\u00e1pidamente. Cuando el intercambio se ralentiz\u00f3, tambi\u00e9n lo hizo el reloj. Y cuando las dos mitades alcanzaron el equilibrio (sin flujo de entrop\u00eda), el reloj interno se detuvo por completo.<\/p>\n\n\n\n “El tiempo se aceleraba, se ralentizaba o incluso se deten\u00eda, dependiendo de lo que estuviera haciendo el sistema”, dijo Barontini.<\/p>\n\n\n\n Luego fue un paso m\u00e1s all\u00e1: utilizando este tiempo interno, deriv\u00f3 una versi\u00f3n de la\u00a0ecuaci\u00f3n de Schr\u00f6dinger<\/u><\/a>\u00a0y demostr\u00f3 que reproduc\u00eda con precisi\u00f3n lo que hab\u00eda observado en el experimento. “Fue bastante sorprendente lo bien que todo encaj\u00f3”, dijo, “de una manera muy precisa, algo que no suele ocurrir en los experimentos”.<\/p>\n\n\n\n Tanto el tiempo en s\u00ed como la flecha del tiempo \u2014la raz\u00f3n por la que el tiempo fluye en una direcci\u00f3n y no en la otra\u2014 pueden tener el mismo origen: un observador que renuncia a informaci\u00f3n. Cuando Barontini opt\u00f3 por no observar el sector oscuro, renunci\u00f3 al conocimiento de esa mitad del sistema. Ese acto de ignorancia, codificado en la entrop\u00eda, es lo que dio origen al tiempo en la otra mitad.<\/p>\n\n\n\n “Tanto el tiempo como la flecha del tiempo, tal vez simplemente nazcan de la ignorancia”, dijo Barontini. “Para tener tiempo y poder observar, hay que renunciar a ciertos grados de libertad”.<\/p>\n\n\n\n Barontini considera que esto es solo el principio. El mismo conjunto de herramientas de \u00e1tomos fr\u00edos que gener\u00f3 un Big Bang y un Big Crunch en miniatura en su trampa podr\u00eda, en principio, dise\u00f1arse para simular fen\u00f3menos mucho m\u00e1s ex\u00f3ticos, como an\u00e1logos de agujeros negros, las condiciones del universo primitivo y lo que suceder\u00e1 en el momento del Big Crunch.<\/p>\n\n\n\n “Son cosas que podemos hacer de forma muy sencilla, utilizando las herramientas que ya tenemos para dise\u00f1ar nuestros sistemas”, afirm\u00f3.<\/p>\n\n\n\n El estudio es una prueba de concepto: una primera demostraci\u00f3n de que los sistemas cu\u00e1nticos controlados pueden servir como banco de pruebas para algunas\u00a0preguntas sin respuesta en f\u00edsica<\/u><\/a>. Por ahora, esas preguntas siguen abiertas.<\/p>\n\n\n\nUn universo sin nada fuera<\/h2>\n\n\n\n
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El lado oscuro del tiempo<\/h2>\n\n\n\n
El tiempo se acelera, se ralentiza y se detiene<\/h2>\n\n\n\n