Tiempo, espacio y entropía

Autor: 

Ernesto Estevez Rams
|
06 Enero 2020
| |
0 Comentarios

Me gusta: 

Cuando era niño, mis coetáneos cercanos y yo intentábamos entender cuánto era un segundo. Lo que más se acercaba a la idea que queríamos capturar era el chasquido de los dedos. Para nosotros, el segundo no era una medida del tiempo, era el tiempo mismo, su ladrillo más pequeño, el mismísimo instante de cuya suma resultaban todos los demás intervalos.

El día que descubrí que el segundo duraba, miré asombrado el reloj para reafirmar lo que un adulto me explicaba. La lógica era devastadora: si un segundo no dura nada, entonces la suma de nada no puede dar un intervalo. Algo tenía que durar, aunque fuese muy pequeño; hoy diría, infinitesimalmente pequeño. Corrí a contarles el descubrimiento a mis compinches etáreos: ¡El segundo se puede dividir a la mitad!

Por cosas como esas estudié Física. No podía decirlo así entonces, pero quería entender cómo funcionaba el mundo, que luego se volvió el universo. Hasta donde alcanza mi memoria siempre quise estudiar Física, solo Física.

El tiempo es uno de los conceptos más difíciles de entender, tanto, que aún no lo comprendemos del todo. ¡No es eso maravilloso! El problema con los conceptos primarios es que se hace casi imposible explicarlos usando otros conceptos y, por lo general, terminamos con argumentos circulares que no son más que tautologías. Otros intentos, sobre todo fuera de la Física, terminan por no decir nada.

Por mucho tiempo (ironía incluida), el tiempo y el espacio no eran motivos de indagación científica, aun cuando la ciencia ya era disciplina constituida. Nos bastaba tenerlos ahí como observables, medirlos con relojes y reglas, para luego, utilizándolos, definir otras magnitudes. Las más inmediatas: velocidad y aceleración. Luego, en esa perspectiva, no había mucho que decir sobre el concepto primario, salvo usarlo para entender al mundo. Eso fue lo que hizo Newton montado sobre gigantes, en primer lugar Galileo. Las leyes de Newton no son sobre el tiempo, son sobre el movimiento.

El problema está, claro, en la luz. La luz, bajo todos los experimentos habidos y por haber, tiene en el vacío velocidad constante. No importa si la medimos con los pies firmes en la punta de una montaña, o montados en un cohete. Siempre constante. Siempre la misma. La historia es conocida y fascinante. Einstein se hizo famoso al volcar la mesa de dominó y plantearlo como principio: la velocidad de la luz es constante y la misma medida desde cualquier sistema de referencia. Esa es la forma seria de decir lo de la montaña y el cohete.

Contrario a la percepción pública, la teoría especial de la relatividad no afirmó que todo es relativo, eso es una tontería. Sencillamente cambió la perspectiva. Antes de ella asumíamos que todas las velocidades eran relativas y el tiempo y espacio absolutos; Einstein nos hizo ver que había una velocidad especial, por constante y absoluta, en la naturaleza y, por tanto, necesariamente el tiempo y el espacio son relativos. Por qué una cosa implica la otra es inmediato, pero no sencillo de explicar.

Luego Einstein no eliminó los absolutos, solo aclaró qué era y que no. Que esa velocidad absoluta sea la de la luz no es necesariamente importante para el concepto de tiempo y espacio. Sencillamente resulta que la luz tiene esa velocidad; es importante por otras razones.

El carácter relativo del tiempo implica que dos observadores, si están en movimiento uno con respecto al otro, pueden medir, para un fenómeno dado, digamos el chasquido de mis dedos cuando niño, dos tiempos distintos. Para uno puede ser un segundo y para el otro un tiempo menor o viceversa.

Pero hay algo del tiempo que la teoría de la relatividad no explica y es por qué avanza en la dirección en que lo hace. Por qué de pasado a futuro. Explicar eso ha atormentado a los físicos por mucho tiempo.

La explicación, se cree, está en la ley de la entropía, la cual dice que en un mundo que no interactúa con otros, la entropía, o bien permanece constante o bien crece. Dicho así, bien pudieron escribirlo en arameo antiguo, la lengua original de la Biblia, que por eso mismo cada cual le quiere enganchar la interpretación que más le conviene.

La entropía es una de esas medidas en Física que mientras más sabemos de ella, más se nos escapa. Igual que el tiempo y el espacio. En algunos contextos mide desorden. Por eso, al explicar entropía, tradicionalmente decimos que un vaso sobre una mesa tiene menos entropía que un vaso que al caer de la mesa estalla en múltiples fragmentos.

Una manera más moderna de verlo es que la entropía mide sorpresa. Pongamos que usted está frente a una pantalla en la que se proyectan círculos cada un segundo de tres colores distinto: rojo, verde y azul. Luego de una paciente hora, usted se percata que luego del círculo rojo, viene uno verde y que el azul le sigue. Si a usted, como ser consciente, le preguntan cómo se va a comportar en el futuro la pantalla, la respuesta será totalmente inambigua. Usted puede predecir el comportamiento de la pantalla sin sorpresa alguna; la entropía es cero.

Si por el contrario, la aparición de un color es un evento totalmente al azar; es decir, no depende del orden de los colores que han aparecido previamente, usted no puede predecir cual color será el próximo a aparecer, más allá de asegurar que hay un chance en tres de que sea lo mismo rojo, azul que verde. El próximo color es una sorpresa total: la entropía es máxima. El reguetón tiene entropía cero; el Jazz es mucho más sorprendente.

En resumen, la ley de la entropía nos dice que un sistema aislado, al cambiar en el tiempo, o bien su nivel de sorpresa u orden es el mismo o bien cada vez se hace más desordenado o sorprendente, en el sentido que hemos explicado.

Ahora viremos el argumento al revés; pongamos la ley de entropía cabeza abajo. El tiempo es una magnitud del universo que expresa que en ella los fenómenos evolucionan de estados de menor desorden a mayor desorden, de más predictibilidad a menor predictibilidad, de menos sorpresa a mayor sorpresa.

Desde esa perspectiva el pasado es una manera para referirnos al estado más ordenado para un sistema y el futuro, al más desordenado. Por eso tenemos memoria del pasado y no del futuro. O dicho en voz de Groucho Marx: “Predecir es fácil, sobre todo si es del pasado”. Hay muchas sutilezas ahí, tantas para llenar libros, anaqueles y bibliotecas, pero dejémoslo en los titulares. A veces, para evitar coquetear con la demencia, debemos conformarnos con ser Groucho Marx; otras, para rozar la genialidad, debemos conformarnos con ser Einstein. Los dos, en sus espacios, quedarán en la memoria futura de ese pasado más ordenado.

 

Escribiendo de orden y pasado, no confundamos el concepto físico con el de la cotidianeidad. Ordenado, para la Física, no es un calificador de juicio: orden no es medida de mejor. Eso de mejor y peor son cosas de los seres humanos, no del universo, al que le importa un comino si existimos o no. De hecho, incluso para nosotros, lo interesante ocurre a medio camino entre orden y desorden, es lo que hace la vida posible. Para darle una palabra chic a la idea en Física nos apropiamos del término complejidad.

Pero antes de hablar de complejidad digamos algo más sobre la impredictibilidad. Tampoco debemos confundir impredictibilidad, como la estamos viendo aquí, con lo cuántico. La cuántica predice con certeza, lo que probabilísticamente. Dicho de otra manera, si a una partícula cuántica, como un electrón, usted la pone más o menos en el mismo lugar, más o menos en el mismo tiempo (¡Heisenberg no me condenes!), usted, luego de resolver las ecuaciones correspondientes, podrá predecir con el mismo nivel de certeza qué hará el dichoso electrón.

La impredictibilidad la estamos viendo como otra cosa. Un sistema es impredicible si, puesto más o menos en la misma condición (nosotros le decimos estado), más o menos en el mismo instante de tiempo, puede evolucionar de manera muy distinta: hay algo caótico en su comportamiento.

Redefinamos entonces lo complejo como algo que anda a medio camino entre lo caótico y lo predecible. ( Vaya, como nosotros los seres humanos. En eso de hacernos los interesantes los científicos nos ganamos las palmas. ¡Imagínense, le llamamos complejidad a determinados fenómenos y así nos llenamos luego la boca diciendo que estudiamos problemas complejos!. Usar la dichosa palabra nos permite también poner cara de serios, profundos y densos y decir que definir complejidad es complejo).

Lo típico en un sistema complejo, como ya dijimos, es que una parte de cómo se comporta es predecible y otra parte, sorpresa. Su entropía anda entre el caos y el aburrimiento.

Como seres vivos, somos complejos; determinados procesos biológicos en nosotros son predecibles en grado sumo y otros no tanto, como el hecho de que yo esté escribiendo a altas horas de la noche de un sábado este texto. Alguien que me conozca bien quizás podría intuir a las siete de la mañana que algo como esto pasaría a las diez de la noche, pero tendría que escoger entre lo que estoy haciendo, la posibilidad de que estuviera leyendo un libro, oyendo música (en este preciso instante estoy también disfrutando a Casandra Williams, cuya música es mucho más compleja que el mejor de los reguetones), o simplemente conversando.

No cabe duda de que hay determinada sorpresa en lo que decidimos hacer en cada instante. Pero no hay que ser consciente para ello. Hay impredictibilidad en todos los seres vivos. Hacia dónde nadará una bacteria flagelada, por más que el destacado físico cubano Ernesto Altshuler le acote su porción predecible, tiene algo de impredecible, por suerte para él y sus colegas de trabajo.

Otro sistema complejo es también la sociedad. Era probablemente predecible, mirando nuestro pasado, que en algún momento nos rebeláramos contra el abuso yanqui. Pero quién hubiera predecido en 1959 que ayer el presidente cubano, hablando por la mayoría de nosotros, diría con las palabras conque lo dijo que aquí estamos dispuestos a apostarle en este espacio llamado Cuba, desde cualquier sistema de referencia, a un futuro, a medio camino entre los entrópico y lo predecible, a cuya hermosa complejidad en la cotidianeidad le llamamos heroica. Y eso, coterráneos, nos hace hermosos, un concepto que algún día no tan lejano, también trataremos de entender desde la Física, aunque nos sigan diciendo que así de densos y pesa’os somos.

* Dr. Ernesto Estevez Rams. Presidente de la Cátedra
de Cultura Científica Félix Varela de la Universidad de la Habana y
miembro de la Academia de Ciencias de Cuba.

0 Comentarios

Añadir nuevo comentario