TL;DR:

• El físico Giovanni Barontini, de la Universidad de Birmingham, construyó un "universo" en miniatura y midió el tiempo desde dentro del sistema, sin un reloj externo.
• Usó una nube de 24,000 átomos ultrafríos (un condensado de Bose-Einstein) cerca del cero absoluto, dividida por un haz láser en una zona observada y otra ignorada.
• El "tiempo entrópico" que obtuvo puede acelerarse, frenarse o detenerse según cómo fluye el desorden entre ambas mitades, pero el estudio no demuestra que el tiempo sea una ilusión.

El físico experimental Giovanni Barontini, de la Universidad de Birmingham, construyó en su laboratorio un "universo" en miniatura con 24,000 átomos ultrafríos y demostró que el tiempo puede surgir desde dentro de un sistema cuántico cerrado, sin necesidad de un reloj externo. El resultado, publicado en junio en la revista Physical Review Research, es la primera vez que una idea que rondaba la cosmología cuántica desde hace décadas se pone a prueba de forma directa y medible en un experimento. Barontini aisló el sistema del resto del mundo, lo partió en dos con un haz de luz láser y decidió ignorar una de las mitades. De esa "ignorancia" nació algo parecido al tiempo. La versión que circula en muchos medios, que "el tiempo es una ilusión", exagera el hallazgo: lo que el experimento muestra es más preciso y también más interesante.

El experimento: un universo de bolsillo hecho con átomos ultrafríos

Para recrear un universo sin nada afuera, Barontini necesitaba un sistema totalmente aislado. Lo logró con un condensado de Bose-Einstein, un estado de la materia que solo aparece a temperaturas cercanas al cero absoluto (alrededor de -273.15 °C). Ahí, miles de átomos, en este caso de rubidio, se frenan casi por completo y se comportan como un único objeto cuántico.

Con ese material montó su "universo":

• Enfrió una nube de 24,000 átomos a unas milmillonésimas de grado sobre el cero absoluto y la selló del entorno.
• Dividió el sistema por la mitad con una fina lámina de luz láser, creando dos regiones: una "brillante", que observó de cerca, y una "oscura", que ignoró a propósito.
• Los átomos de la zona brillante oscilaban de un lado a otro y cruzaban la barrera. Cuando entraban en masa, Barontini lo llamó "Big Bang"; cuando se vaciaban, "Big Crunch".

Así, la mitad observada se expandía y se contraía sola, como una versión de bolsillo del nacimiento y el final del cosmos. Y como todo estaba aislado, no había ningún reloj de laboratorio afuera al que asomarse para ordenar lo que pasaba.

El "tiempo entrópico", un reloj hecho de desorden

¿De dónde salió entonces el tiempo? De la entropía, la medida de qué tan desordenado o repartido está un sistema. Barontini rastreó cuánta entropía se intercambiaban las dos mitades cada vez que los átomos cruzaban la barrera, y usó ese intercambio como su única manecilla.

El tiempo entrópico es una forma de medir el paso del tiempo definida por el flujo de entropía dentro del propio sistema, sin recurrir a un reloj externo. En el experimento se comportó así:

• Fluía siempre en un mismo sentido y marcaba una clara "flecha del tiempo".
• Ordenaba los eventos en la secuencia correcta, incluso mientras el universo en miniatura se expandía y se contraía.
• Se aceleraba, se frenaba o se detenía según cómo se redistribuía el desorden.

Cuando la entropía corría entre las dos zonas, el reloj interno avanzaba rápido. Cuando el intercambio se calmaba, el reloj se frenaba. Y cuando ambas mitades llegaban al equilibrio y ya no se movía entropía, el tiempo se detenía por completo.

"El tiempo se aceleraba o se frenaba, o incluso se detenía, según lo que estuviera haciendo el sistema", contó Barontini.

Luego dio un paso más: con ese tiempo interno reconstruyó una versión de la ecuación de Schrödinger, la ecuación fundamental de la mecánica cuántica, y comprobó que predecía bien lo que veía en el experimento. Dicho de otro modo, se puede describir cómo evoluciona un sistema cuántico aunque el tiempo venga de sus cambios internos y no de un cronómetro externo.

Un problema que llevaba casi 60 años sin respuesta

La pregunta que Barontini fue a atacar es vieja. La ecuación de Wheeler-DeWitt, una de las piezas centrales de la gravedad cuántica (el campo que intenta unir la relatividad de Einstein con la mecánica cuántica), describe al universo como un sistema completo sin ningún reloj externo. Si nada hace tic-tac afuera del cosmos, ¿de dónde sale nuestra experiencia del tiempo?

Una respuesta candidata es el llamado tiempo relacional. Según esta idea, el tiempo no es un ingrediente básico de la realidad: emerge de las relaciones internas del sistema, con una parte funcionando como reloj de otra. La propuesta llevaba décadas sobre la mesa. Nadie la había probado de forma directa en un laboratorio hasta ahora.

Para Barontini, la clave estuvo en lo que decidió no mirar. Al ignorar la zona oscura, renunció a la información de esa mitad, y esa renuncia, registrada como entropía, fue la que hizo aparecer el tiempo en la otra parte.

"Tanto el tiempo como la flecha del tiempo quizá nacen de la ignorancia. Para tener tiempo y para observar, tienes que renunciar a algunos grados de libertad", explicó el físico.

La inspiración, por cierto, no vino de un tratado de cosmología. Barontini contó que la idea se le ocurrió viendo a su hijo jugar con bloques de construcción.

"Pensé que es algo muy parecido a lo que hacemos en nuestros laboratorios. Jugamos con juguetes muy caros. Creamos nuestras propias pequeñas muestras de la realidad", dijo.

Del laboratorio al Big Bang: qué puede venir después

Barontini ve esto como un punto de partida. El mismo instrumental de átomos fríos que le permitió generar un Big Bang y un Big Crunch de bolsillo podría, en principio, ajustarse para simular fenómenos mucho más extremos: análogos de agujeros negros, las condiciones del universo temprano o incluso el momento exacto de un Big Crunch. Y según el físico, son cosas que su laboratorio ya puede intentar con las herramientas que tiene.

Conviene tomar los titulares con calma. El propio trabajo se presenta como una prueba de concepto: una primera demostración de que un sistema cuántico controlado puede servir de banco de pruebas para preguntas de física que llevan mucho tiempo sin resolverse. No cierra el debate sobre qué es el tiempo. Lo que hace es llevar al laboratorio, y volver medible, una idea sobre el origen del tiempo que hasta ahora solo se podía escribir en papel.

Preguntas rápidas sobre el experimento del tiempo

Fuentes: 1, 2