Einstein describió en una ocasión a su amigo Michele Besso como «la mejor caja de resonancia de Europa» para las ideas científicas. Estudiaron juntos en la universidad de Zúrich; más tarde fueron compañeros en la oficina de patentes de Berna. Cuando Besso murió en la primavera de 1955, Einstein, sabiendo que su propio tiempo también se estaba agotando, escribió una carta ahora famosa a la familia de Besso. «Ahora ha partido de este extraño mundo un poco antes que yo», escribió Einstein sobre el fallecimiento de su amigo. «Eso no significa nada. Para nosotros, físicos creyentes, la distinción entre pasado, presente y futuro es sólo una ilusión obstinadamente persistente.»
La declaración de Einstein no fue un mero intento de consuelo. Muchos físicos sostienen que la posición de Einstein está implícita en los dos pilares de la física moderna: La obra maestra de Einstein, la teoría general de la relatividad, y el Modelo Estándar de la física de partículas. Las leyes que subyacen a estas teorías son simétricas en el tiempo, es decir, la física que describen es la misma, independientemente de que la variable llamada «tiempo» aumente o disminuya. Además, no dicen nada en absoluto sobre el punto que llamamos «ahora», un momento especial (o eso parece) para nosotros, pero aparentemente indefinido cuando hablamos del universo en general. El cosmos atemporal resultante se denomina a veces «universo en bloque»: un bloque estático de espacio-tiempo en el que cualquier flujo de tiempo, o paso por él, debe ser presumiblemente una construcción mental u otra ilusión.
Muchos físicos han hecho las paces con la idea de un universo en bloque, argumentando que la tarea del físico es describir cómo aparece el universo desde el punto de vista de los observadores individuales. Para entender la distinción entre pasado, presente y futuro, hay que «sumergirse en este universo de bloques y preguntarse: «¿Cómo percibe el tiempo un observador?»», dijo Andreas Albrecht, físico de la Universidad de California, Davis, y uno de los fundadores de la teoría de la inflación cósmica.
Otros discrepan vehementemente, argumentando que la tarea de la física es explicar no sólo cómo parece transcurrir el tiempo, sino por qué. Para ellos, el universo no es estático. El paso del tiempo es físico. «Estoy harto de este universo en bloque», afirma Avshalom Elitzur, físico y filósofo que trabajó en la Universidad de Bar-Ilan. «No creo que el próximo jueves tenga el mismo pie que este jueves. El futuro no existe. No existe. Ontológicamente, no existe».
El mes pasado, unos 60 físicos, junto con un puñado de filósofos e investigadores de otras ramas de la ciencia, se reunieron en el Instituto Perimeter de Física Teórica de Waterloo (Canadá) para debatir esta cuestión en la conferencia Time in Cosmology. La conferencia fue coorganizada por el físico Lee Smolin, un abierto crítico de la idea del universo de bloques (entre otros temas). Su posición se expone para un público no especializado en Time Reborn y en una obra más técnica, The Singular Universe and the Reality of Time, en coautoría con el filósofo Roberto Mangabeira Unger, que también fue coorganizador de la conferencia. En esta última obra, reflejando los sentimientos de Elitzur sobre la falta de concreción del futuro, Smolin escribió: «El futuro no es ahora real y no puede haber hechos definitivos sobre el futuro». Lo que sí es real es «el proceso por el que los acontecimientos futuros se generan a partir de los acontecimientos presentes», dijo en la conferencia.
Los asistentes se enfrentaron a varias cuestiones: la distinción entre pasado, presente y futuro; por qué el tiempo parece moverse en una sola dirección; y si el tiempo es fundamental o emergente. La mayoría de estas cuestiones, como es lógico, quedaron sin resolver. Pero durante cuatro días, los participantes escucharon atentamente las últimas propuestas para abordar estas cuestiones y, sobre todo, las formas en que podríamos conciliar nuestra percepción del paso del tiempo con un universo estático y aparentemente atemporal.
El tiempo barrido bajo la alfombra
Hay algunas cosas en las que todo el mundo está de acuerdo. La direccionalidad que observamos en el mundo macroscópico es muy real: Las tazas de té se rompen, pero no se recomponen espontáneamente; los huevos pueden revolverse, pero no revolverse. La entropía -medida del desorden en un sistema- siempre aumenta, un hecho codificado en la segunda ley de la termodinámica. Como comprendió el físico austriaco Ludwig Boltzmann en el siglo XIX, la segunda ley explica por qué los acontecimientos tienen más probabilidades de evolucionar en una dirección que en otra. Es la explicación de la flecha del tiempo.
Pero las cosas se complican cuando damos un paso atrás y nos preguntamos por qué vivimos en un universo en el que se cumple esta ley. «Lo que Boltzmann realmente explicó es por qué la entropía del universo será mayor mañana que hoy», dijo Sean Carroll, físico del Instituto Tecnológico de California, mientras nos sentábamos en el bar de un hotel después del segundo día de presentaciones. «Pero si eso fuera todo lo que sabes, también dirías que la entropía del universo era probablemente mayor ayer que hoy, porque toda la dinámica subyacente es completamente simétrica con respecto al tiempo». Es decir, si la entropía se basa en última instancia en las leyes subyacentes del universo, y esas leyes son las mismas yendo hacia delante y hacia atrás, entonces es igual de probable que la entropía aumente yendo hacia atrás en el tiempo. Pero nadie cree que la entropía funcione realmente así. Los huevos revueltos siempre vienen después de los huevos enteros, nunca al revés.
Para dar sentido a esto, los físicos han propuesto que el universo comenzó en un estado muy especial de baja entropía. Según este punto de vista, que el filósofo de la física de la Universidad de Columbia, David Albert, denominó «hipótesis del pasado», la entropía aumenta porque el Big Bang produjo un universo con una entropía excepcionalmente baja. No había otro lugar al que ir que no fuera hacia arriba. La hipótesis del pasado implica que cada vez que cocinamos un huevo, estamos aprovechando acontecimientos que ocurrieron hace casi 14.000 millones de años. «Lo que se necesita para explicar el Big Bang es: ‘¿Por qué hubo alguna vez huevos sin romper?». dijo Carroll.
A algunos físicos les preocupa más que a otros la hipótesis del pasado. Tomar cosas que no entendemos sobre la física del universo actual y decir que la respuesta se puede encontrar en el Big Bang podría verse, quizás, como pasar la pelota – o como barrer nuestros problemas bajo la alfombra. Cada vez que invocamos las condiciones iniciales, «el montón de cosas bajo la alfombra se hace más grande», dijo Marina Cortés, cosmóloga del Real Observatorio de Edimburgo y coorganizadora de la conferencia.
Para Smolin, la hipótesis del pasado se siente más como una admisión de fracaso que como un paso útil hacia adelante. Como dice en The Singular Universe: «El hecho que hay que explicar es por qué el universo, incluso 13.800 millones de años después del Big Bang, no ha alcanzado el equilibrio, que es por definición el estado más probable, y difícilmente basta con explicarlo afirmando que el universo comenzó en un estado aún menos probable que el actual»
Otros físicos, sin embargo, señalan que es normal desarrollar teorías que puedan describir un sistema dadas ciertas condiciones iniciales. Una teoría no tiene por qué esforzarse en explicar esas condiciones.
Otro grupo de físicos piensa que la hipótesis del pasado, aunque es mejor que nada, es más probable que sea un marcador de posición que una respuesta definitiva. Quizás, si tenemos suerte, nos indique el camino hacia algo más profundo. «Mucha gente dice que la hipótesis del pasado es sólo un hecho, y que no hay ninguna forma subyacente de explicarla. Yo no descarto esa posibilidad», dijo Carroll. «Para mí, la hipótesis del pasado es una pista que nos ayuda a desarrollar una visión más completa del universo.»
Los orígenes alternativos del tiempo
¿Se puede entender la flecha del tiempo sin invocar la hipótesis del pasado? Algunos físicos sostienen que la gravedad -y no la termodinámica- apunta a la flecha del tiempo. Según este punto de vista, la gravedad hace que la materia se agrupe, definiendo una flecha del tiempo que se alinea con el crecimiento de la complejidad, dijo Tim Koslowski, físico de la Universidad Nacional Autónoma de México (describió la idea en un artículo de 2014 en coautoría con el físico británico Julian Barbour y Flavio Mercati, físico de Perimeter). Koslowski y sus colegas desarrollaron modelos sencillos de universos formados por 1.000 partículas puntuales, sujetos únicamente a la ley de gravitación de Newton, y descubrieron que siempre habrá un momento de máxima densidad y mínima complejidad. A medida que uno se aleja de ese punto, en cualquier dirección, la complejidad aumenta. Naturalmente, nosotros -criaturas complejas capaces de hacer observaciones- sólo podemos evolucionar a cierta distancia del mínimo. Aun así, dondequiera que nos encontremos en la historia del universo, podemos señalar una época de menor complejidad y llamarla el pasado, dijo Koslowski. Los modelos son globalmente simétricos en el tiempo, pero cada observador experimentará una flecha del tiempo local. Es significativo que el punto de partida de baja entropía no sea un añadido al modelo. Por el contrario, surge de forma natural. «La gravedad elimina esencialmente la necesidad de una hipótesis del pasado», dijo Koslowski.
La idea de que el tiempo se mueve en más de una dirección, y que simplemente habitamos una sección del cosmos con una única flecha del tiempo definida localmente, no es nueva. Ya en 2004, Carroll, junto con su estudiante de posgrado Jennifer Chen, presentó una propuesta similar basada en la inflación eterna, un modelo relativamente conocido del comienzo del universo. Carroll considera que el trabajo de Koslowski y sus colegas es un paso útil, sobre todo porque ellos elaboraron los detalles matemáticos de su modelo (él y Chen no lo hicieron). Sin embargo, tiene algunas preocupaciones. Por ejemplo, dice que no está claro que la gravedad desempeñe un papel tan importante como afirma su artículo. «Si sólo tuvieras partículas en el espacio vacío, obtendrías exactamente el mismo comportamiento cualitativo», dijo.
El aumento de la complejidad, dijo Koslowski, tiene un efecto secundario crucial: conduce a la formación de ciertos arreglos de la materia que mantienen su estructura en el tiempo. Estas estructuras pueden almacenar información; Koslowski las llama «registros». La gravedad es la primera y principal fuerza que hace posible la formación de registros; otros procesos dan lugar a todo, desde los fósiles y los anillos de los árboles hasta los documentos escritos. Lo que todas estas entidades tienen en común es que contienen información sobre algún estado anterior del universo. Le pregunté a Koslowski si los recuerdos almacenados en el cerebro son otro tipo de registro. Sí, dijo. «Lo ideal sería poder construir modelos cada vez más complejos, y llegar finalmente a la memoria en mi teléfono, la memoria en mi cerebro, en los libros de historia». Un universo más complejo contiene más registros que un universo menos complejo, y esto, dijo Koslowski, es la razón por la que recordamos el pasado pero no el futuro.
Pero quizás el tiempo sea aún más fundamental que esto. Para George Ellis, cosmólogo de la Universidad de Ciudad del Cabo (Sudáfrica), el tiempo es una entidad más básica, que puede entenderse imaginando el universo de bloques como algo que evoluciona. En su modelo de «universo de bloques en evolución», el universo es un volumen creciente de espacio-tiempo. La superficie de este volumen puede considerarse el momento presente. La superficie representa el instante en el que «la indefinición del futuro se convierte en la definición del pasado», como él mismo describió. «El propio espacio-tiempo crece a medida que pasa el tiempo». Se puede discernir la dirección del tiempo observando qué parte del universo está fija (el pasado) y cuál está cambiando (el futuro). Aunque algunos colegas no están de acuerdo, Ellis subraya que el modelo es una modificación, no una revisión radical, de la visión estándar. «Se trata de un universo en bloque con una dinámica cubierta por las ecuaciones de campo de la relatividad general -absolutamente estándar-, pero con un límite futuro que es el presente siempre cambiante», dijo. En esta visión, mientras que el pasado es fijo e inmutable, el futuro está abierto. El modelo «representa obviamente el paso del tiempo de una manera más satisfactoria que el universo de bloques habitual», dijo.
A diferencia de la visión de bloques tradicional, la imagen de Ellis parece describir un universo con un futuro abierto – aparentemente en conflicto con un universo gobernado por leyes en el que los estados físicos pasados dictan los estados futuros. (Aunque la incertidumbre cuántica, como señaló Ellis, puede ser suficiente para hundir una visión tan determinista). En la conferencia, alguien preguntó a Ellis si, dada la suficiente información sobre la física de una esfera de cierto radio centrada en las Midlands británicas a principios de junio, se podría haber predicho el resultado de la votación del Brexit. «No usando la física», respondió Ellis. Para eso, dijo, necesitaríamos una mejor comprensión de cómo funcionan las mentes.
Otro enfoque que pretende conciliar el aparente paso del tiempo con el universo de bloques recibe el nombre de teoría de conjuntos causales. Desarrollada por primera vez en la década de 1980 como una aproximación a la gravedad cuántica por el físico Rafael Sorkin -que también estuvo en la conferencia-, la teoría se basa en la idea de que el espacio-tiempo es discreto en lugar de continuo. Según este punto de vista, aunque el universo parece continuo a nivel macroscópico, si pudiéramos asomarnos a la llamada escala de Planck (distancias de unos 10-35 metros) descubriríamos que el universo está formado por unidades elementales o «átomos» de espacio-tiempo. Los átomos forman lo que los matemáticos llaman un «conjunto parcialmente ordenado», un conjunto en el que cada elemento está vinculado a un elemento adyacente en una secuencia determinada. El número de estos átomos (estimado en la friolera de 10240 en el universo visible) da lugar al volumen del espacio-tiempo, mientras que su secuencia da lugar al tiempo. Según la teoría, continuamente surgen nuevos átomos de espacio-tiempo. Fay Dowker, física del Imperial College de Londres, se refirió a esto en la conferencia como «tiempo acumulativo». Invitó a todo el mundo a pensar en el espacio-tiempo como una acumulación de nuevos átomos de espacio-tiempo, de una manera aproximadamente análoga a la de un fondo marino que deposita nuevas capas de sedimento a lo largo del tiempo. La relatividad general sólo produce un bloque, pero los conjuntos causales parecen permitir un «devenir», dijo. «El universo de bloques es algo estático -una imagen estática del mundo- mientras que este proceso de devenir es dinámico». Desde este punto de vista, el paso del tiempo es una característica fundamental del cosmos, no una emergente. (La teoría del conjunto causal ha hecho al menos una predicción exitosa sobre el universo, señaló Dowker, al haber sido utilizada para estimar el valor de la constante cosmológica basándose sólo en el volumen espacio-temporal del universo.)
El problema con el futuro
Ante estos modelos en competencia, muchos pensadores parecen haber dejado de preocuparse y han aprendido a amar (o al menos a tolerar) el universo de bloques.
Quizás la declaración más contundente hecha en la conferencia a favor de la compatibilidad del universo de bloques con la experiencia cotidiana vino de la filósofa Jenann Ismael, de la Universidad de Arizona. En opinión de Ismael, el universo de bloques, bien entendido, contiene la explicación de nuestra experiencia del paso aparente del tiempo. Una mirada cuidadosa a la física convencional, complementada con lo que hemos aprendido en las últimas décadas de la ciencia cognitiva y la psicología, puede recuperar «el flujo, el zumbido, de la experiencia», dijo. Desde este punto de vista, el tiempo no es una ilusión; de hecho, lo experimentamos directamente. Citó estudios que demuestran que cada momento que experimentamos representa un intervalo de tiempo finito. En otras palabras, no deducimos el flujo del tiempo, sino que forma parte de la propia experiencia. El reto, dijo, es enmarcar esta experiencia en primera persona dentro del bloque estático que ofrece la física, para examinar «cómo se ve el mundo desde el marco de referencia evolutivo de un perceptor incrustado» cuya historia está representada por una curva dentro del espacio-tiempo del universo de bloques.
La presentación de Ismael obtuvo una respuesta mixta. Carroll dijo que estaba de acuerdo con todo lo que había dicho; Elitzur dijo que «quería gritar» durante su charla. (Más tarde aclaró: «Si me golpeo la cabeza contra la pared, es porque odio el futuro»). Una objeción expresada muchas veces durante la conferencia fue que el universo de bloques parece implicar, de alguna manera importante, que el futuro ya existe, aunque las afirmaciones sobre, por ejemplo, el tiempo del próximo jueves no son ni verdaderas ni falsas. Para algunos, esto parece un problema insuperable con la visión del universo de bloques. Ismael ya había escuchado estas objeciones muchas veces. Los acontecimientos futuros existen, dijo, sólo que no existen ahora. «El universo de bloques no es una imagen cambiante», dijo, «es una imagen de cambio». Las cosas suceden cuando suceden. «Este es un momento -y sé que todo el mundo aquí va a odiar esto- pero a la física le vendría bien un poco de filosofía», dijo. «Hay una larga historia de discusión sobre los valores de verdad de las afirmaciones contingentes futuras – y realmente no tiene nada que ver con la experiencia del tiempo». ¿Y para los que quieran leer más? «Recomiendo a Aristóteles», dijo.
Corrección: Un pie de foto fue revisado el 25 de julio de 2016 para corregir la ortografía del nombre de Jenann Ismael.
Este artículo fue reimpreso en TheAtlantic.com.