El determinismo y la naturaleza del tiempo (Parte 2)

Hace unas semanas escribí un artículo sobre el determinismo en las teorías actuales de la Física. Llegué a la conclusión de que si definimos como una teoría determinista a aquella donde los estados futuros del universo están completamente determinados por los estados pasados, pues entonces tanto la Mecánica Cuántica como la Teoría General de la Relatividad son teorías deterministas.

En las versiones más populares, (pero no por ello tienen que ser las correctas), de la Teoría de Campos Cuánticos hay un componente aleatorio y probabilístico inherente a la predicción de las localizaciones, movimientos e interacciones de partículas individuales. Pero eso no afecta a los estados matemáticos que describen completamente esas partículas, ni a los estados que describen sistemas macroscópicos de grandes agregados de esas partículas fundamentales, (como por ejemplo, un ser humano). La Mecánica Cuántica es determinista porque con la especificación matemática de un estado de muchas partículas se llega a un estado futuro único y que está obligado que tiene que ser ese estado, y no otro, por la forma que tuvo el estado anterior que lo determinó.

Como he comentado varias veces antes, casi ningún físico hoy en día cree que ni la Mecánica Cuántica ni la Relatividad son la teoría fundamental que verdaderamente describe todo nuestro universo. Una de las dos teorías, (y muy probablemente las dos), tiene que estar incorrecta porque las dos son incompatibles entre sí.

Por lo que el Santo Grial de la Física Teórica es encontrar una teoría de gravedad cuántica. Una teoría que a gran escala sea indistinguible de la Relatividad, a escala subatómica sea indistinguible de la Mecánica Cuántica, y que en los estados intermedios (como el Big Bang o la singularidad de un hueco negro) una consistentemente ambas teorías sin predicciones absurdas o resultados infinitos.

Los dos candidatos más fuertes hasta el momento para una teoría de gravedad cuántica lo son las Teorías M de Supercuerdas, y un set de interesantes pero complejos modelos matemáticos basado en cálculos espinoriales conocido como Loop Quantum Gravity, (que en español creo que sería Gravedad Cuántica de Gomitas, en referencia a las gomitas [rubber bands] que se usan para asegurar rollos o paquetes).

El punto de interés aquí es que ambas teorías de gravedad cuántica son deterministas también, pero aquí sale el problema del tiempo. Para que haya determinismo tiene que haber un antes y un después. El determinismo se basa en la causalidad. Y la causalidad necesita que las causas ocurran antes en el tiempo que los efectos que vienen de ellas. Pero como apunta certeramente Lee Smolin, si hay varios universos además del nuestro entonces el tiempo como lo conocemos debe ser algo que no funciona igual en todos los universos. Solo nuestro universo tiene nuestro tiempo. Es insensato y hasta sin sentido tratar de entender que ha pasado antes en otro universo o que pasará después. Pues los conceptos “antes” y “después” solo tienen sentido en nuestro universo con nuestro tiempo.

Pero ambas teorías de gravedad cuántica, (y muy particularmente la más popular y desarrollada de las dos, la de supercuerdas), sugieren la existencia de un multiverso. Y es altamente extraño, cuando no una incompatibilidad lógica, tener una teoría determinista del multiverso sin un tiempo en el que se determinen los eventos físicos. Y además en ambas teorías de gravedad cuántica es un misterio eso de la naturaleza especial del tiempo.

¿Qué es eso de la “naturaleza” del tiempo? ¿Qué es el tiempo en la física? ¿De qué está hecho? ¿Por qué es “one way” y solo se puede mover uno del pasado hacia el futuro, y no a la inversa? ¿Existe en algún sitio el universo del pasado, o ya lo pasado dejó de existir? ¿Y el futuro? ¿Existe ya en algún lugar o se crea en el instante en que el presente llegue allí?

Según la Teoría de la Relatividad (y sus hijas, las teorías de gravedad cuántica) el tiempo es una de las 4 dimensiones de esa gran caja maleable donde vive y se desenvuelve la materia. Si las partículas que componen la materia y la energía son los actores, el espaciotiempo de 4 dimensiones es el escenario donde se lleva a cabo esa gran obra de teatro que es el universo. Pero en la descripción matemática relativista de ese espaciotiempo, (el tensor conocido como la métrica del espaciotiempo), el tiempo tiene un signo diferente al de las 3 dimensiones espaciales. Eso le da su cualidad particular de ser una calle donde el tránsito solo fluye en una dirección (del pasado al futuro), mientras que el espacio es una calle de dos vías (se puede uno mover hacia adelante o hacia atrás en cualquier dirección espacial).

Sin embargo, a pesar de esa diferencia esencial, en Relatividad el espacio y el tiempo son fundamentalmente lo mismo. Y se pueden intercambiar en diferentes marcos de referencia. Lo que para mí puede ser tiempo, para otro observador moviéndose relativo a mí esa dimensión es una de espacio. El espacio se puede convertir en tiempo, y viceversa. Por lo que el problema del tiempo en gravedad cuántica es el de averiguar como una vez el universo sale del Big Bang y adquiere 4 dimensiones porqué una de ellas se vuelve diferente a las otras 3, y como se selecciona cual de las 4 es a la que le toca ser el tiempo en ese universo. El problema es aún peor en la teoría de las supercuerdas pues en vez de 4 hay 11 dimensiones. Así que también hay que averiguar porque vemos 4 y las otras 7 nos parecen invisibles. Y como se selecciona a cuantas les pasa eso, y cuales serán dimensiones visibles y cuales no.

Hace falta desarrollar mucho más las teorías que sustituirán a la Relatividad y a la Mecánica Cuántica, pero este asunto del determinismo y que es en verdad el tiempo parece ser una pista importantísima para entender como y de donde salió este universo en que nos ha tocado vivir. Y ese entendimiento científico debe ser natural y lógico. Sin Dioses, ni magia, ni milagros sobrenaturales.

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