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Tenet: El análisis del viaje en el tiempo, entre la entropía y la paradoja del abuelo

Tenet es el nombre de la iniciativa basada en la inversión de la entropía que le permite moverse en ambas direcciones del tiempo.

La película propone un sistema en el que conviven situaciones opuestas : a medida que pasa el tiempo hay subsistemas que retroceden en el tiempo, como una bala que vuelve al arma desde una pared previamente destrozada por la misma bala.

Pero, ¿es realmente posible en un mismo sistema obtener un cambio de entropía y la coexistencia de dos líneas de tiempo  opuestas?

La respuesta que da la ciencia es no.

La entropía a menudo se denomina desorden , pero en realidad representa la cantidad de información necesaria para describir el estado de un sistema.

Si pensamos en la evolución del universo partimos de un principio en el que el universo se representa como un punto que luego se expande . La información necesaria para describir el universo en sus inicios es muy poca y a medida que el universo evoluciona, se necesita más y más información para describirlo. 
Por lo tanto, la entropía en el universo en expansión tiene una dirección y siempre pasa de un estado de baja entropía a uno con mayor entropía . Los fenómenos presentes en la naturaleza desde el punto de vista del tiempo están todos orientados en una dirección: la entropía del universo siempre aumenta.

Con base en este supuesto, habrá una situación del pasado caracterizada por una baja entropía que evolucionará hacia una situación del futuro con una alta entropía.

Stephen W. Hawking había explicado este concepto en su Teoría del Todo, donde a través de las flechas del tiempo representaba la dirección de expansión del universo.

En la naturaleza, las leyes de la física son reversibles y aplicables en cualquier situación: el pasado y el futuro no están contenidos en las ecuaciones que describen el movimiento de las partículas de las que está hecho el universo . En la vida cotidiana, sin embargo, observamos continuamente situaciones en las que la diferencia entre el paso del tiempo que avanza y el tiempo que avanza hacia atrás es clara.

Si viéramos una grabación en la que una taza cae de una mesa y se rompe en mil pedazos, nos daríamos cuenta de inmediato si el metraje gira hacia adelante o hacia atrás.

De hecho, la situación en la que los fragmentos se juntan de repente para volver a montar la copa que vuelve a la mesa sería un fenómeno muy poco probable que nos llevaría a decir que la película se está desplazando hacia atrás.

La copa integral sobre la mesa representa un sistema muy ordenado, mientras que la copa rota en el suelo representa un estado muy desordenado . Entonces es posible pasar de la copa intacta sobre la mesa que representa el pasado a la rota que es el futuro, pero no al revés.

Para explicar este aumento de entropía con el paso del tiempo hablamos de la flecha del tiempo constituida, como también lo indica Hawking, por la flecha termodinámica , psicológica y cosmológica del tiempo.

La flecha termodinámica del tiempo se refiere a la segunda ley de la termodinámica que se basa en el concepto de que los estados desordenados están presentes en mayor número que los ordenados. Por tanto, un sistema que evolucionará con el tiempo debido a las leyes de la física tenderá a pasar de un estado ordenado inicial a uno con mayor desorden, o más bien con mayor entropía.

Para reemplazar las partículas que componen los fragmentos de la copa debe existir un fenómeno que pueda reproducir las mismas condiciones iniciales antes de romperse: pero esto es tan improbable que hace prácticamente imposible el fenómeno. 
Esta imposibilidad se debe al hecho de que solo hay una forma de reorganizar aleatoriamente las partículas y devolverlas exactamente al estado idéntico inicial y, en cambio, hay infinitas formas de reorganizarlas y reproducir la copa.

La flecha del tiempo psicológico se agrega luego a la entropía.

El pasado es más fácil de recordar porque tiene una entropía baja y cualquier proceso que nos lleve a construir una memoria aumenta la entropía del universo, incluso nuestra flecha del tiempo está orientada como la del universo.

No solo eso, sino que también las relaciones de causa y efecto están orientadas en una única dirección del tiempo. La causa es el estado de entropía más baja y el efecto el estado de entropía más alta.

Tomemos, por ejemplo, una bala disparada por una pistola que golpea la pared y la raya y también pensamos en la situación opuesta, la pared que se junta y envía la bala de vuelta al arma. Desde el punto de vista de la física, no hay diferencia entre causa y efecto. Específicamente, las ecuaciones describen de la misma forma el muro que se derrumba debido a la bala y la recomposición del muro que envía la bala de regreso al arma.

La causa de la incisión en la pared es la bala y de la misma manera la causa que hace que la bala vuelva a entrar en el arma son los pedazos de la pared que se juntan.

Pero la evolución de los eventos nos lleva nuevamente a una única dirección de entropía como la flecha cosmológica que indica la dirección del tiempo en la que se expande el universo. La entropía en el universo siempre aumenta.

Esta condición determina la flecha del tiempo que tiene la misma dirección para todos y permite organizar los recuerdos, distinguir la causa de un efecto y el pasado del futuro sin ningún problema.

La película habla de la entropía inversa y por tanto propone la posibilidad de hacer coexistir un subsistema del universo que va en dirección opuesta a nuestra flecha del tiempo: una situación donde nuestro futuro es su pasado.

¿Es posible disminuir la entropía para invertir la flecha del tiempo?

El universo está lleno de sistemas donde la entropía disminuye y si lo pensamos, muchos de nuestros gestos diarios que ponen las cosas en orden bajan la entropía, pero solo localmente.

Si congelo el agua en una taza, este mismo sistema tiene una entropía más baja que en el estado inicial, pero eso no significa que haya enviado el agua en el pasado. De hecho, este sistema no es un sistema cerrado, sino que interactúa con todo el universo: para congelar el agua se necesita un congelador que utilice energía y esta energía aumenta la entropía global.

En un subsistema, la disminución de la entropía se compensa con un aumento de la entropía aún mayor que en el resto del universo.

Pero, ¿sería conceptualmente posible invertir la flecha del tiempo?

Cuando hablamos de un sistema cerrado que no tiene interacciones con el resto del universo sería posible porque las leyes de la física son reversibles , pero para el observador dentro de ese sistema , el tiempo aún tendría una sola dirección.

Al imaginar una porción del universo completamente cerrada y aislada, es posible pensar en procesos espontáneos inversos. Una taza que se rompe y un cubo de hielo que se derrite se puede pensar al revés, pero para quienes están dentro de ese sistema no habría nada extraño: recordarían el pasado y no sabrían nada sobre su futuro.

Por tanto, no puede suceder que dos sistemas del universo, capaces de interactuar y comunicarse entre sí, tengan flechas incompatibles con direcciones opuestas: pero en Tenet esto es exactamente lo que sucede.

Para entender mejor de qué estamos hablando, intentemos imaginar dos contenedores distintos con gas cada uno con una dirección temporal diferente donde en un momento determinado mezclaremos los contenidos. El primer contenedor parte de un estado de baja entropía en la que se colocan las moléculas de gas en una esquina y supongamos que llamar estado A . Natural conduce evolución temporal L’ a la difusión del gas a través del recipiente hasta que alcanza un estado de equilibrio con mayor entropía que llamaremos el estado B .

Luego tomamos el segundo contenedor donde las partículas se posicionan inicialmente como el estado B del otro contenedor, y luego de alta entropía, pero con la dirección de la velocidad de retroceso, y esto lo llamaremos estado B invertido . Con el tiempo, las moléculas de gas se colocarán en las mismas posiciones que el estado A del primer recipiente, por lo tanto en un estado de baja entropía.

Pero, ¿qué pasa cuando mezclo el contenido de los contenedores?

La evolución hará que las moléculas se propaguen llevándolas a un estado diferente, por ejemplo un estado C , con una entropía aún mayor porque las moléculas que estaban en la condición inicial del estado B invertido serán perturbadas por las del primer contenedor. Esta nueva condición llevará a las moléculas a sincronizarse en una sola dirección : la entropía solo tiene una dirección para crecer y es esa dirección la que define la flecha del tiempo.

No se pueden separar las memorias del contexto y es imposible revertir el flujo del tiempo y al mismo tiempo mantener la memoria de lo sucedido porque si en cierto punto todos los átomos del sistema retrocedieran las trayectorias disminuirían la entropía y el tiempo. sería al revés, pero esto sólo lo percibiría un observador externo .

Pero para darse cuenta de esto este observador tendría que interactuar con ese sistema y al interactuar las flechas del tiempo se sincronizaría y por lo tanto, una vez más, solo habría una dirección donde se recuerda el pasado, pero no se conoce el futuro.

Mirando ampliamente y reanudando el estudio de Hawking sobre la expansión del universo, ¿qué sucedería si el universo en algún momento dejara de expandirse y comenzara a contraerse? 
¿Cambiaría de dirección la flecha del tiempo invirtiéndola y la entropía comenzaría a disminuir?

En una primera vista muy simplificada de un universo sin fronteras sería posible y las personas que pudieran sobrevivir a este pasaje podrían revivir sus vidas al revés . Sin embargo, con un sistema más complejo, como posteriormente demostró Raymond Laflamme, alumno de Hawking, el colapso del universo sería completamente diferente a su expansión y por lo tanto, una vez más la ausencia de fronteras implicaría un continuo crecimiento del desorden y por ende la flecha el tiempo no cambiaría de dirección.

La paradoja del abuelo

Cuando se trata de tiempo, las leyes de la física no distinguen entre pasado y futuro . Más precisamente, permanecen sin cambios bajo la combinación de las operaciones conocidas como C , P y T donde C indica el intercambio entre partículas y antipartículas, P es la suposición de la imagen especular, de modo que la izquierda y la derecha están invertidas y T el inversión del movimiento de todas las partículas, es decir, retrocediendo. Stephen Hawking en su ensayo “ La teoría del todo ” explica el enfoque que la física reserva al tiempo, recordando que las leyes que gobiernan el comportamiento de la materia en todas las situaciones normales permanecen sin cambios bajo las operaciones C y P tomadas por sí mismas.

Esto le permitió al propio Hawking estudiar los diversos comportamientos del tiempo y el universo (ya hablamos antes de las famosas flechas del tiempo) pero es correcto recordar algunas cuestiones importantes que anticipan una de las teorías de la física más relevantes llamada “paradoja del abuelo”.

¿Por qué recordamos el pasado, pero no el futuro? 
En otras palabras, ¿por qué avanza el tiempo? 
¿Está relacionado con el hecho de que el universo se está expandiendo? 
¿Qué pasaría si actuamos en la línea de tiempo?

La paradoja del abuelo basa sus cimientos precisamente en la teoría de la linealidad del tiempo , tan cara a películas como Regreso al futuro, La máquina del tiempo o finalmente a Tenet (teoría que también se menciona en la película).

La paradoja asume que un nieto retrocede en el tiempo y mata a su abuelo antes de que conozca a su abuela, por lo que antes de que pueda casarse y tener descendencia. La matanza imposibilita la existencia del nieto y por tanto del mismo viaje en el tiempo, lo que determina el asesinato del abuelo, por lo que hablamos de ” paradoja “.

Dejando de lado si es correcto o no matar a nuestros abuelos, esta paradoja pone de manifiesto una de las mayores dificultades en los viajes en el tiempo, especialmente en lo que respecta al pasado. Más allá de que ir al pasado podría crear agujeros en los espacios temporales donde nuestros padres corren el riesgo de no encontrarse (cit.) Si tuviéramos que explicar las motivaciones equivocadas en el viaje al pasado, la física como siempre viene a nuestro encuentro: sí, porque un viaje de este tipo viola la conservación de masa y energía

Qué significa eso? 
Simple, si retrocediéramos un par de horas en el pasado, habría dos copias de nosotros al mismo tiempo.

Es precisamente en el momento en que nuestro segundo cuerpo aparece de la nada cuando se agrega masa al universo, violando el principio más simple de la termodinámica que dice que “no se puede generar algo de la nada”. Incluso si la intención del viajero es sólo “observar”, sin actuar de ninguna manera con los hechos del pasado, interferiríamos sólo porque hemos “mirado” .

La interceptación de los fotones que viajan desde el objeto observado hasta el propio observador produce una interacción electromagnética y por tanto la violación del principio de termodinámica.

El viaje en el tiempo que hacen los protagonistas siempre se basa en una única línea temporal en la que viajan los personajes cambiando, gracias a los torniquetes y flechas ( ver arriba ), la dirección de viaje. Si un viaje en el tiempo fuera posible, la realidad probablemente sería mucho más paradójica y confusa , con líneas de tiempo superpuestas que llegarían precisamente a la teoría de la paradoja del abuelo.

Técnicamente lo hacemos continuamente a la increíble velocidad de un segundo por segundo hacia el futuro, distorsionando el tiempo con la gravedad, acelerando o ralentizando su flujo gracias a la teoría de la relatividad general , aunque al final de todo no podamos clasificarlo como un viaje real.


Gracias a la teoría de la relatividad general podemos averiguar qué sucedió en el pasado de nuestro Universo , estudiar los cuerpos celestes al comienzo de su luz, pero aparte de eso tenemos bastante certeza de que los principios de la termodinámica (hasta la fecha) son inviolables y viajan en el tiempo. que hacen que los protagonistas de la película de Nolan sigan siendo solo el trasfondo de una hermosa película de ciencia ficción y no de ciencia.

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