La observación determina la flecha del tiempo cuántico

 La flecha del tiempo corre generalmente del presente al futuro en los sistemas cuánticos, han comprobado científicos de la Universidad de Washington.

En 2015, científicos de esta misma universidad habían demostrado que en la mecánica cuántica, el tiempo va tanto hacia adelante como hacia atrás, tal como explicamos en otro artículo.

La nueva investigación ha podido determinar ahora que, a pesar de esa dualidad en la dirección de la flecha del tiempo en los sistemas cuánticos, en la práctica la mayor parte de las veces los procesos cuánticos se desarrollan del presente al futuro.

Los científicos han comparado las trayectorias de los cúbits (cada cúbit es un sistema cuántico con dos estados propios) en circuitos superconductores y observado que siguen el segundo principio de la termodinámica. Los resultados se publican en la revista Physical Review Letters.

Según este principio, los procesos físicos son irreversibles, especialmente durante el intercambio de calor: un cubo de hielo dejado al sol, irreversiblemente se convierte en agua.

Irreversibilidad dudosa

Si bien este principio se cumple inexorablemente en el mundo macroscópico, el que vivimos cada día los seres humanos, en el espacio cuántico la irreversibilidad del tiempo es dudosa.

Es dudosa porque las partículas elementales pueden estar en varios sitios a la vez, viajar por el espacio sin seguir la flecha del tiempo e incluso reaccionar según lo que los científicos esperan de ellas.

"Cuando miras un sistema cuántico, el acto de medir generalmente cambia la forma en que se comporta", explica Kater Murch, el director de esta investigación, en un comunicado.

Y añade: “Imagina que brilla la luz sobre una pequeña partícula. Los fotones terminan empujándola porque hay una dinámica asociada con el proceso de medición. Queríamos averiguar si estas dinámicas tienen algo que ver con la flecha del tiempo, con el hecho de que la entropía tiende a aumentar a medida que pasa el tiempo".

Y descubrieron que, incluso a escala microscópica, el segundo principio de la termodinámica parece ser válido: la entropía generalmente aumenta.

Tiempo observado

"Este aumento de la entropía ocurre porque lo miramos”, señala Murch, identificando al observador como el creador de la flecha del tiempo en el sistema cuántico.

En consecuencia, precisa PhysicsWorld, “estos resultados sugieren que incluso a escalas cuánticas, el proceso de medición tiende a adherirse a las trayectorias de avance en el tiempo. El equipo de Murch, por lo tanto, muestra por primera vez que la orientación constante hacia el futuro de la flecha del tiempo sigue siendo una regla fundamental para las mediciones cuánticas, ya que está en la dirección de los aumentos de entropía que ocurren a escalas macroscópicas.”

Tiempo reversible

Esta nueva investigación complementa otra anterior según la cual la flecha del tiempo cuántico también es reversible, tal como informamos en otro artículo.

Esta investigación ha podido determinar que en el mundo cuántico los sistemas no siempre evolucionan en una única dirección, del presente al futuro.

Ha comprobado en una simulación que un sistema cuántico puede ocasionalmente retroceder al pasado, corregir errores y volver al presente para resolver problemas sin defectos antiguos.

Referencia

Characterizing a Statistical Arrow of Time in Quantum Measurement Dynamics. P. M. Harrington et al. Phys. Rev. Lett. 123, 020502, 9 July 2019. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.020502