En el corazón de la física teórica reside una paradoja inquietante: las ecuaciones que describen el universo en su nivel más fundamental no incluyen el tiempo. Lejos de ser una simple reflexión filosófica, se trata de un hecho matemático respaldado por la ecuación de Wheeler-DeWitt. Esta fórmula, que intenta modelar el cosmos entero como un sistema cuántico, presenta un universo estático e inmutable, carente de un medidor externo que registre su evolución. Esta realidad plantea una pregunta fundamental: si el tiempo no está tejido en la estructura básica de la realidad, ¿cómo es que lo experimentamos?
Para resolver este enigma, un físico de la Universidad de Birmingham ha llevado a cabo un experimento de laboratorio diseñado para poner a prueba la hipótesis de que el tiempo es una propiedad emergente, derivada de las relaciones internas de un sistema o del cambio mismo. El estudio utilizó una nube de átomos de rubidio enfriados a temperaturas extremas, situándose a apenas unos pocos milmillonésimas de grado por encima del cero absoluto. En este estado, la materia se convierte en un condensado de Bose-Einstein, donde los efectos cuánticos predominan y toda la nube actúa como un único objeto cuántico coherente.
El diseño experimental consistió en dividir esta nube de átomos en dos regiones distintas mediante una barrera creada por dos haces láser de diferentes frecuencias. Una región fue designada como el sector "brillante", que es observable, mientras que la otra fue el sector "oscuro", que permaneció no observado. El sistema fue sellado completamente del entorno exterior, eliminando cualquier señal, marca de tiempo del laboratorio o referencia a relojes convencionales, creando así un universo en miniatura aislado.
Al manipular la altura de la barrera láser, el investigador logró que los átomos fluyeran desde el sector oscuro hacia el brillante, provocando una expansión repentina de materia que Barontini describe como un "Big Bang". Posteriormente, el condensado alcanzó un punto máximo de expansión y se contrajo nuevamente en un proceso denominado "Big Crunch". Todo este ciclo vital del universo microscópico ocurrió en un lapso de 120 milisegundos.
El objetivo central era determinar si la secuencia de estos eventos podía reconstruirse utilizando únicamente la información interna del sistema, sin recurrir al reloj externo del laboratorio. Los resultados indicaron que esto es posible, pero el mecanismo que permite medir el paso del tiempo no es el reloj tradicional, sino la entropía. La entropía, que mide el grado de desorden y la distribución de los componentes de un sistema, sirvió como el marcador temporal interno.
Durante el proceso, se observó que cuando los átomos se desplazaban del sector oscuro al brillante, la entropía aumentaba debido a que la distribución se volvía más dispersa. Inversamente, cuando los átomos regresaban, la entropía disminuía localmente. En los momentos de estabilidad, la entropía permanecía constante. Barontini descubrió que los cambios en esta cantidad entrópica podían definir tanto la dirección como la secuencia de todos los eventos en el universo en miniatura. En esencia, cuando la entropía cambiaba, el tiempo avanzaba; cuando dejaba de cambiar, el tiempo se detenía.
Este "tiempo entrópico" presenta tres características fundamentales que lo validan como una descripción física. En primer lugar, posee una dirección consistente, alineada con la segunda ley de la termodinámica, que explica por qué el pasado es distinto del futuro. En segundo lugar, permitió ordenar correctamente los eventos: el Big Bang precedió a la expansión máxima, y esta al Big Crunch. Finalmente, el tiempo entrópico no fue uniforme; aceleró cuando los átomos se movían rápidamente y la entropía variaba con velocidad, y se frenó cuando el sistema se acercaba al equilibrio.
Para validar la utilidad práctica de este hallazgo, el físico derivó una versión de la ecuación de Schrödinger parametrizada por el tiempo entrópico en lugar del tiempo del laboratorio. Esta versión reprodujo con éxito la evolución del universo en miniatura, demostrando que las ecuaciones de la mecánica cuántica siguen siendo funcionales bajo este modelo.
Este avance es significativo para la física moderna, ya que ofrece una posible vía para unificar la mecánica cuántica, que requiere una variable temporal, con la relatividad general, que entiende el tiempo como parte de la geometría local del espacio-tiempo. Si el tiempo puede emerger de la entropía sin un reloj externo, sería posible desarrollar ecuaciones de mecánica cuántica que no asuman un fondo temporal fijo, un requisito clave para una teoría de la gravedad cuántica.
A pesar de los resultados, el estudio mantiene una postura cautelosa. El experimento fue realizado por un único autor en una sola institución, por lo que los resultados requieren replicación independiente. Además, el sistema utilizado es una simplificación radical del cosmos real, empleando 24.000 átomos frente a la complejidad inabarcable del universo. Aunque no resuelve si el tiempo es "real" en un sentido filosófico, el experimento demuestra que una construcción matemática basada en la entropía interna puede ordenar eventos correctamente en un sistema controlado.
