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La Flecha del Tiempo

Un Problema Pendiente para la Ciencia Moderna

Manuel Alfonseca

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Qué es una teoría científica

� Karl Raimund Popper(1902-1994)� Una teoría científica es

siempre provisional� Sólo se puede probar su

falsedad� Si no es falsificable, no es

científica

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Ilustración del Método Científico

� Isaac Newton (1642-1727)� 1665-67: Teoría de la

Gravitación Universal

� Éxitos:

� Deducción de las leyes experimentales de Kepler

� Predicción de las órbitas de los astros del sistema solar y de la caída de los cuerpos

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Descubrimiento de Urano

•William Frederick Herschel(1738-1822)

•1781: Primer planeta descubierto desde la antigüedad

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Anomalías en la órbita de Urano

� 1845: Datos de 60 años indican una discrepancia de varios segundos de arco en la posición prevista

� Dos posibilidades:� La teoría de Newton está mal, hay que

corregirla� Un astro desconocido, cuya presencia

provoca las discrepancias

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Gran éxito de la Gravitación: descubrimiento de Neptuno

� John Couch Adams(1819-1892)

� Urbain Jean Joseph Le Verrier (1811-1877)� 1845: Predicen existencia

y posición de Neptuno

� 1846: Descubierto por Johann Gottfried Galle (1812-1910)

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Anomalías en la órbita de Mercurio

� 1855: Le Verrier propone un planeta desconocido: Vulcano

� Buscado durante 60 años

� 1915: Albert Einstein, teoría general de la Relatividad

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El Método Científico

� Los hechos tienen precedencia sobre las teorías

� Los fenómenos ordinarios no deben explicarse en función de las teorías cosmológicas

� ¿Es verdadera una teoría porque las Matemáticas sean correctas?� Teoría de cuerdas� Multiverso, teoría M. . .

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La Flecha del Tiempo

� 1927: Arthur Stanley Eddington (1882-1944):� El tiempo es irreversible� Vamos desde el pasado

hacia el futuro� Yogi Berra:

� Es difícil hacer predicciones, especialmente del futuro

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Tiempo reversible

� Gravitación Universal de Newton

� Electromagnetismo: James Clerck Maxwell (1831-1879)

� Relatividad general de Einstein

� Ecuación de Schrödinger

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¿Es la flecha del tiempo una ilusión?

� Tiempo psicológico o subjetivo� Einstein: La distinción entre pasado,

presente y futuro es sólo una ilusión, aunque persistente.

� Reduccionismo vs. Holismo� Materialismo determinista

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¿Es la flecha del tiempo una ilusión?

� ¿Se aplica bien el método científico?� Flecha del tiempo� Voluntad libre

� Escuchad bien, pero no entendáis, ved bien, pero no comprendáis. Engorda el corazón de ese pueblo, hazle duro de oídos y pégale los ojos, no sea que vea con sus ojos y oiga con sus oídos y entienda con su corazón.Is. 6:9-10.

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Materialismo determinista

� Pierre Simon, marqués de Laplace (1749-1827):� Si conociésemos con

exactitud las condiciones iniciales del universo, sería posible predecir todo su desarrollo pasado y futuro

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Ataques al materialismo determinista I

� Werner Karl Heisenberg(1901-1976)

� 1927: Principio de incertidumbre� Es imposible conocer con

exactitud las condiciones iniciales del universo

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Ataques al materialismo determinista II

� Jules Henri Poincaré(1854-1912)

� Edward N. Lorenz� 1963: Teoría del caos

� Aunque las conociésemos con la máxima aproximación, no podríamos predecir su futuro

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Ataques al materialismo determinista III

� Niels Henrik David Bohr(1885-1962)

� 1928: Mecánica cuántica:Interpretación de Copenhague

� El universo es esencialmente indeterminista

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Interpretación de Copenhague

Principio de Superposición

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Debate sobre la interpretación de Copenhague

� Einstein:� Dios no juega a los dados

� Bohr:� ¿Quién eres tú, Einstein, para decirle

a Dios lo que tiene que hacer?

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Aplicación correcta del método científico

Dos partículas enredadas

La interpretación de Copenhague predice la posibilidad de asociar el estado de dos o más partículas

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Experimento E.P.R.

1935: Experimento mental de Einstein-Podolsky-Rosen.

1951: Versión de David Bohm

Descoherenciasimultánea

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Experimento E.P.R.

� 1964: John Stewart Bellpropone la desigualdad de Bell, que distingue las predicciones de E.P.R. de las de Bohr

� 1969: John Clauser, Michael Horne y Abner Shimony: experimento realizable

� 1972: Stuart Freedman y Clauser: experimento realizado, confirma la interpretación de Copenhague

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2º Principio de la Termodinámica

� Rudolf Clausius, 1850:En todo sistema cerrado

ds/dt ≥≥≥≥ 0� ¿Es subjetiva esta ley?

¿Es una ilusión mental?¿Una aproximación?¿O es un efecto de las condiciones iniciales del universo?

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2º Principio de la Termodinámica

� ¿Y si el universo fuese cíclico? ¿Retrocedería el tiempo al detenerse la expansión?

� Stephen Hawking:� 1983-88: Universo sin

condiciones iniciales� 1977: Flecha del tiempo en

los agujeros negros

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2º Principio de la Termodinámica

� Arthur Eddington, 1928:Si tu teoría se opone al 2º Principio de la Termodinámica… la espera el colapso en la más profunda humillación.

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Paradoja de la irreversibilidad

� Johann Joseph Loschmidt, 1876:� Hipótesis reduccionista: no

hay flecha del tiempo en el mundo microscópico

� Hay flecha del tiempo en el mundo macroscópico

� La mecánica y la termodinámica son incompletas

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Paradoja de la irreversibilidad

� Alfred North Whitehead, 1967:� A clash of doctrines is not a

disaster, it is an opportunity.

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Paradoja de la irreversibilidad

� ¿Es realmente reversible el tiempo de Newton?� Caída de una manzana� Caída de una pelota de goma� Órbita de Mercurio

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Paradoja de la irreversibilidad

� ¿Es realmente reversible el nivel de los átomos y moléculas?

� Reacciones químicas reversiblesCaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(CO3H)2

� Reacciones químicas irreversiblesNa2SO4 + BaCl2 → 2NaCl + BaSO4

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Paradoja de la irreversibilidad

� ¿Es realmente reversible el nivel de los átomos y moléculas?

� Desintegraciones nucleares

92U238→He+++90Th234→…→82Pb206

� Medida de la edad de la Tierra

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Paradoja de la irreversibilidad

� ¿Es realmente reversible el tiempo cuántico?� Problema de la medida� Teorema CPT

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Problema de la Medida

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Teorema CPT

� Simetría Carga-Paridad-Tiempo� Violación CP ⇒ tiempo irreversible� Desintegración kaón K0

� Normal: Π-+e++ν� p=1/109: Π++e-+ν� La segunda viola la simetría CP

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La Flecha del Tiempo, problema pendiente

� Ilya Prigogine, 1980:El tiempo es la dimensión olvidada.� Crisis termodinámicas lejos

del equilibrio� Diagramas de bifurcación en

reacciones químicas

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Relojes químicos

� Alan Turing, 1952:� Inestabilidad de Turing:

formación de patrones espaciales estacionarios

� 1951-1968: Reacción de Belousov-Zhabotinsky

� 1968: Bruselador de Prigogine y Lefevre

� Relojes biológicos

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La Flecha del Tiempode la Evolución

� Stephen J. Gould, 1988: Time’s arrow, time’s cycle� La historia de la evolución

de los seres vivos es asimétrica

� Los tipos de organización decrecen, mientras el número de especies crece

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La Flecha del Tiempo Cosmológica

� Roger Penrose, 2005: El camino de la realidad� La asimetría del tiempo es

una característica necesaria de la unión cuanto-gravitatoria.

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La Flecha del Tiempo Cosmológica

� Roger Penrose, 1989: La nueva mente del emperador� Nuestra imagen de la realidad física, en

relación con la naturaleza del tiempo, necesita una sacudida mayor, quizá, que las que provocaron la relatividad y la mecánica cuántica.

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Viajes en el tiempo

� Los viajes hacia el pasado provocan paradojas

� Los viajes hacia el futuro controlados desde el futuro provocan paradojas� M. Alfonseca, 1989:

Un rostro en el tiempo

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Viajes en el tiempo

� Los viajes hacia el futuro controlados desde el pasado no provocan paradojas� Viajamos hacia el futuro a

razón de 24 horas al día� Hibernación� Dilatación temporal relativista� Herbert George Wells, 1895:

The time machine

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Solución a la paradoja

� Hugh Everett III, 1957:Multiverso cuántico� Cada vez que colapsa una

superposición cuántica, el universo se bifurca en dos

� Imposible saber si es verdad� No es una teoría científica� David Deutsch:

computador cuántico

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Multiverso cuántico

� Utilizado en la literatura de ciencia-ficción� Fred Hoyle (1915-2001):

October the First is too late

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Viajes cosmológicos en el tiempo

� Kurt Gödel (1906-1978): Modelo cosmológico que permite viajes en el tiempo� No se parece al mundo real

� John Wheeler: wormholes� Inestables� Carl Sagan: Contact

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Viajes en el tiempo a través de agujeros negros

� No resuelven la paradoja� En la actualidad es imposible realizar

comprobaciones experimentales� No es una teoría científica� Utilizado en la literatura de ciencia-

ficción� Jordi Sierra y Fabra: trilogía de un lugar

llamado Tierra

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¿Dónde están?

� Igual que las civilizaciones extraterrestres… (paradoja de Fermi)

� Si el viaje en el tiempo fuese posible, los viajeros del tiempo ya estarían aquí

� Poul Anderson (1926-2001): � Guardians of time, 1960

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Conclusiones

� La flecha del tiempo es un fenómeno experimental

� Los viajes hacia el pasado son imposibles

� Las teorías físicas son incorrectas o incompletas

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La Flecha del Tiempo

Un Problema Pendiente para la Ciencia Moderna

Manuel Alfonseca