La flecha del tiempo explicada
Original web-page: http://www.ronaldkoster.net/arrow_of_time.html
– ¿Por qué el tiempo siempre se adelanta? ¿Es posible viajar en el tiempo?
por Ronald Koster, versión 1.0, 2001-01-12
Palabras clave: flecha del tiempo, tiempo, viaje en el tiempo, entropía, segunda ley de la termodinámica.
Resumen
El tiempo en el universo siempre corre hacia adelante, nunca hacia atrás. Eso es lo que se llama ‘La flecha del tiempo’. La segunda ley de la termodinámica es el resultado de la Flecha del Tiempo y las leyes de la probabilidad. Esto se puede deducir de la siguiente manera (en notación matemática):
(“Causalidad” O “La modestia Principio”) ⇒ “El viajar hacia atrás en el momento en que se impossibe”
⇒ “Nunca se puede observar en el universo de tiempo que se ejecuta hacia atrás” = A
(A Y “Lo que nunca se puede observar que no existe” ⇒ “El tiempo en el universo nunca puede correr hacia atrás”
⇔ “El tiempo en el universo siempre corre hacia adelante” B =
(B Y “leyes de la probabilidad”) ⇒ “entropía del universo aumenta con el tiempo”
El tiempo siempre corre hacia adelante en todo el universo
En nuestro universo observamos que el tiempo siempre se adelanta. Desde la Teoría de la Relatividad de Einstein, sabemos que no existe el tiempo absoluto en el universo. El tiempo corre a diferentes velocidades en el universo, más lento cerca de objetos masivos y a diferentes velocidades en cuadros con alta velocidad entre sí. Pero sí sabemos que el tiempo corre por todas partes. Probablemente la mejor manera de verificar esto es a través de la segunda ley de la termodinámica, que establece:
La entropía de un sistema aumenta con el tiempo.
De hecho, esta es la definición de la segunda ley de la termodinámica. Esta ley es un resultado directo de:
- las leyes de la probabilidad;
- el tiempo siempre corre hacia adelante.
Esto y la definición de la segunda ley implica que la única forma de que la entropía disminuya en un sistema es, ya que las leyes de probabilidad son estrictamente matemáticas y, por lo tanto, más allá de toda disputa, cuando el tiempo en los sistemas corre hacia atrás. Tal proceso en el que disminuye la entropía nunca se ha observado en la Tierra ni en ningún otro lugar del universo. Es por eso que creemos que el tiempo corre por todas partes en el universo. Pero también es posible encontrar una explicación teórica, o una deducción, para “la corriente del tiempo”. Aquí está la explicación.
Por qué es imposible viajar en el tiempo
En la ciencia ficción, el viaje en el tiempo es un tema popular. Pero también se puede considerar el viaje en el tiempo de una manera más científica. Consideremos una caja que podemos usar para viajar en el tiempo. El tiempo dentro de este cuadro corre a una velocidad diferente que el tiempo observado fuera del cuadro en un marco inercial. Este marco inercial es de gran tamaño. Lo elegimos para abarcar todo o al menos una gran parte del universo.
Viajar en el futuro usando esta caja es, en teoría, fácil. La relatividad nos enseña que cuando la caja viaja a gran velocidad (cerca de la velocidad de la luz), el tiempo a bordo de la caja será más lento que el tiempo en el marco inercial. Otra forma de lograr esto es colocando la caja en el entorno de un objeto muy masivo, como una estrella de neutrones o un agujero negro. Un habitante de esta caja, que llamaremos ahora el formulario de observador, viaja al futuro. Esto describe cómo podemos usar esta caja como una máquina del tiempo para viajar al futuro.
Viajar hacia atrás en el tiempo usando esta caja es un asunto más difícil. Esto requeriría tiempo dentro de la caja para correr en la dirección inversa que el tiempo afuera en el marco inercial. Hay al menos dos razones por las cuales esto no es posible. Cada uno de ellos en sí mismo prohíbe esto. Esas dos razones son la “paradoja de la causalidad” y el “principio de modestia”.
Paradoja de la causalidad
Supongamos que una persona viaja en el tiempo al tiempo en que su padre aún no tenía hijos. Luego mata a su padre. No sabemos nada de eso que le prohíba hacerlo. Sin embargo, esto lleva a una paradoja de la causalidad. Si mata a su padre antes de tener hijos, ¿cómo podría haber nacido? Y si no hubiera nacido, ¿cómo podría haber viajado en el tiempo y matar a su padre, etc.? La única forma de resolver esta paradoja es declarando que aparentemente viajar hacia atrás en el tiempo no es posible.
Principio de modestia
El principio de modestia es el principio de que nada pequeño puede afectar a todo el universo. Es poco probable que un sistema a pequeña escala afecte a todo el universo. Es concebible que una estrella pueda afectar significativamente a otra estrella, pero no a una galaxia entera. De la misma manera, una nave espacial puede afectar a otra nave de tamaño comparable, pero no una estrella, etc. Cuando es posible viajar hacia atrás en el tiempo con nuestra caja descrita anteriormente, eso significaría lo siguiente.
Cuando el observador está en la caja durante su viaje, el tiempo en su caja continúa avanzando, pero el tiempo afuera en el marco inercial correrá hacia atrás. Y no verso en verso, porque entonces el observador crecería más joven y viajaría al futuro. El marco inercial que mencionamos es, en principio, de tamaño infinito, es decir, abarca todo el universo o al menos una gran parte de él. De alguna manera, cuando el observador está en su caja durante su viaje hacia atrás en el tiempo, su caja afecta al universo entero de tal manera que el tiempo corre hacia atrás en él. La caja pequeña escala afecta a la totalidad universo. Esto es muy poco probable. Pero otra paradoja. La única manera de resolver esta paradoja es que, obviamente, al afirmar que viaja hacia atrás en el tiempo usando el botón no es posible.
Conclusión: el tiempo en el universo siempre avanza
Por lo tanto, encontramos que ningún observador puede viajar en el tiempo. Esto es equivalente a afirmar que ningún observador puede observar el tiempo corriendo hacia atrás en el universo. Y ningún “observador puede observarlo”, es equivalente a “nunca puede suceder”. Usando el principio de que las cosas no observables son cosas que no existen. Por lo tanto, el tiempo en el universo nunca puede correr hacia atrás. ¡Esta es la explicación de la Flecha del Tiempo!
PD. Tenga en cuenta que los principios de causalidad y modestia no nos prohíben construir un dispositivo que pueda hacer que el tiempo retroceda en un espacio aislado (a pequeña escala). La deducción anterior solo explica la Flecha del Tiempo de todo el universo. ¡Tal dispositivo causaría que la entropía del espacio aislado disminuya! Sin embargo, la entropía de todo el universo aún aumentaría durante ese proceso, ya que en el universo el tiempo todavía se estaría adelantando. Por lo tanto, el aumento de la entropía en el mundo fuera del espacio aislado sería mayor que la disminución de la entropía en el espacio.
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