Por qué el tiempo va siempre hacia adelante y nunca hacia atrás

Así como largo, ancho o alto, el tiempo es una dimensión. Pero mientras que podemos movernos en cualquier dirección en esas otras tres dimensiones, solo podemos movernos en una dirección de tiempo: hacia adelante, sin cesar. ¿Por qué?

¿Por qué no podemos retroceder en el tiempo? 

Durante mucho tiempo los científicos no pudieron encontrar una explicación convincente. 

Una de las complicaciones era que las leyes de la física funcionan bien ya sea que vayas hacia adelante o hacia atrás en el tiempo. 

La respuesta finalmente vino de un lugar inesperado: los motores de vapor.

A principios de la Revolución Industrial, los ingenieros intentaron comprender cómo hacer que las máquinas de vapor fueran más eficientes. 

Al examinar cómo todo ese calor y energía se movían alrededor de un motor, desarrollaron una rama completamente nueva de la ciencia que llamaron, apropiadamente, termodinámica.

La fuerza del calor

Resulta que la termodinámica podía explicar mucho más que el comportamiento de las máquinas de vapor. 

En particular, la segunda ley de la termodinámica ayudó a comprender por qué las cosas suceden en el orden en que lo hacen. 

Esta señala que un sistema aislado o bien permanece cerrado o bien evoluciona hacia un estado más caótico, pero nunca a otro más ordenado.

Una taza se estrella en el suelo, por ejemplo, y todo su contenido se derrama.
Intuitivamente sabemos que ese proceso es irreversible.

Las cosas tienen una forma de desorganizarse, pero no son tan buenas para reorganizarse y la segunda ley de la termodinámica nos dice por qué. 

Otra forma de verlo es en términos de desorden. Una taza está ordenada. Al romperse está desordenada. 

La palabra para esto en física es...

Entropía

Cuanto más entropía hay en un lugar, más desordenado, turbio e inútil es.

Así es como se ve la segunda ley de la termodinámica.

Esa 'S' representa la entropía y la 'd' es una forma matemática de representar el cambio. Entonces 'dS' simplemente significa un cambio en la entropía.

Ahora, si observas esta ecuación de izquierda a derecha, lo que dice es que la entropía de un sistema siempre tiene que aumentar. 

Cuando una taza se rompe o la leche se mezcla con el café, eso está bien de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica porque la entropía de esas cosas aumenta. 

Pero si tu expectativa es que la taza se reconstituya o que la leche y el café se separen, lo que esperas es que la entropía caiga. Eso violaría la esa ley. 

La segunda ley de termodinámica indica en qué orden pueden suceder las cosas en el Universo. Nos da una dirección clara para el flujo de lo que llamamos tiempo: hacia adelante.

El tiempo simplemente no puede fluir de otra manera porque eso disminuiría la entropía y violaría la segunda ley.

Más información en: BBC Mundo

El cubo en 4D, o cómo explicar la cuarta dimensión en un bar

Piensa en un cubo. Seguro que sabes distinguir entre ancho, alto y profundo, que son las tres dimensiones de nuestro mundo 3D. ¿Quieres saber cómo sería el cubo con una dimensión más, que vive en 4D?  Si sigues leyendo descubrirás que es más fácil de lo que pensabas y, quién sabe, quizá te animes a explicarlo en un bar... te aseguro que se puede, porque yo lo he hecho  


Vamos a empezar con un mundo formado por un solo punto que, aunque no lo sepa, es un cubo en ese mundo 0D. Como debe de ser muy aburrido vivir tan solo, vamos a añadir una dimensión más a su mundo y colocar otro punto igual a su derecha, a distancia 1. Para distinguirlos, al punto original le llamamos 0 y al punto nuevo le llamamos 1.

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Ahora 0 y 1 son los vértices de un segmento, formado por todos los puntos entre ellos. Y aunque tampoco lo sabe, este segmento es un cubo en ese mundo 1D.

Y una vez que tenemos el cubo en 1D, podemos añadir una dimensión más y colocar otro segmento igual por encima, a distancia 1. Los dos segmentos tienen vértices 0 y 1, así que para distinguirlos vamos a poner detrás un 0 a los vértices del segmento original (que ahora serán 00 y 10) y pondremos detrás un 1 a los vértices del segmento nuevo (que ahora serán 01 y 11).

(Pincha en la imagen para abrir una construcción interactiva).

Lo siguiente, claro, es añadir la tercera dimensión y colocar otro cuadrado igual por delante, a distancia 1. Como las pantallas suelen ser 2D, poner este cuadrado por delante haría que no se pudiera distinguir del anterior, así que usaremos el truco habitual y lo pondremos un poco desplazado para que parezca que está delante.

(Pincha en la imagen para abrir una construcción interactiva).

Como los dos cuadrados tienen vértices 00, 10, 01 y 11, para distinguirlos hemos puesto detrás un 0 a los vértices del cuadrado original (que ahora serán 000, 100, 010 y 110) y un 1 a los vértices del cuadrado nuevo (que ahora serán 001, 101, 011 y 111).

Ahora 000, 100, 010, 110, 001, 101, 011 y 111 son los vértices de un cubo, formado por todos los cuadrados entre ellos. Y no sólo es un cubo en su mundo 3D, además es famoso.

¡Y ahora es cuando necesitamos una cuarta dimensión! Si has seguido el hilo de lo anterior, te estarás imaginando que necesitamos esa cuarta dimensión para poner un cubo como que el que tenemos en 3D. ¿Qué te parece si usamos como dimensión el tamaño (suena razonable) y el cubo nuevo es más grande que el original? Algo así:

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Igual que antes, a los vértices del cubo original les hemos puesto detrás un 0 y a los del cubo nuevo les hemos puesto detrás un 1 (no vamos a escribirlos todos, porque ya serían muchos...) Esos 16 vértices son los vértices del cubo en 4D, que está formado por todos los cubos entre el original y el nuevo.

¡¡¡¡Tacháááánnnn!!!

¿Cómo? ¿Que todavía no lo tienes claro? No te preocupes, vamos a intentar verlo de otra manera.


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Cifras y Teclas