¿Es ésta una resolución adecuada de la "paradoja" de la flecha del tiempo?

Question

De vez en cuando encuentro cosas en Internet sobre misterios de la física relacionados con la "flecha del tiempo". Se sostiene que las leyes de la física a nivel microscópico son las mismas independientemente de cuál de las dos direcciones corra el tiempo, pero a nivel macroscópico, si se deja caer un vaso sobre un pavimento de hormigón, éste se rompe, y sin embargo nunca vemos que los fragmentos salten del pavimento y se vuelvan a ensamblar en un vaso intacto.

El contraste entre la simetría de las leyes y el comportamiento asimétrico del vidrio (y otras cosas parecidas) se sostiene a veces como un paradoja .

Sin embargo, me parece que no hay conflicto entre ambos, si uno tiene condiciones iniciales asimétricas --- un Big Bang o algo parecido: \begin{align} & \Big( \text{past-future-symmetric physical laws}\Big) \\ & {} + \Big( \text{temporally }\textbf{a}\text{symmetric initial conditions} \Big) \\[10pt] \Longrightarrow {} & \Big( \text{glasses shattering and not reassembling} \Big). \end{align} La asimetría observada del cristal que se rompe y no se vuelve a ensamblar parece explicarse adecuadamente por la asimetría de las condiciones iniciales sin necesidad de una asimetría adicional, que estaría en las leyes que rigen las partículas microscópicas.

Tal vez esto deja sin explicar la asimetría inicial en las condiciones iniciales, pero no nos deja sin explicar el misterio de dónde está la flecha del tiempo en las leyes que rigen las partículas microscópicas: esas leyes no están donde se encuentra la "flecha"; la "flecha" se encuentra sólo en la asimetría de las condiciones iniciales.

Entonces: ¿Los físicos plantean la cuestión de la flecha del tiempo como una paradoja cuya resolución desconocen, o la plantean sólo como un ejercicio para novatos, cuya solución presento más arriba? Si es lo primero, ¿por qué la solución que presento arriba es inadecuada?

Answer 1

Nadie realmente entiende el flujo del tiempo, presumiblemente porque tiene que ver con la forma en que percibimos el tiempo. Hay algunas explicaciones y modelos plausibles por ahí, pero si tuviera que adivinar, supondría que el flujo del tiempo tiene poco que ver con las leyes físicas fundamentales y mucho con la memoria y la conciencia humanas. Supongo que la mayoría de los físicos estarían de acuerdo.

Pero para responder a su pregunta, sabemos cómo resolver el paradoja y es exactamente lo que has dicho, condiciones de contorno temporalmente asimétricas. En otras palabras, en los momentos posteriores al big bang, el universo se encontraba en un estado de entropía extremadamente bajo que ha ido aumentando desde entonces.

El paradoja se ha transformado en otro problema: ¿Por qué el universo comenzó en un estado de entropía tan bajo?

Answer 2

Si miras el cristal que se rompe desde el punto de vista de la física ingenua, lo consideras como una serie de configuraciones espaciales que de alguna manera están situadas abstractamente en una línea de tiempo "eterna". Esa es la razón por la que crees que puedes imaginar el proceso en orden inverso: porque ya conoces el resultado final como una porción de la realidad eterna del proceso, que sólo tienes que rastrear hasta su origen.

Sin embargo, una gran mayoría de personas (físicos y no físicos) pueden confirmarle que pueden recordar su pasado, pero no pueden recordar su futuro. Por lo tanto, lo que usted construye en su cerebro, es decir, la película de la rotura del cristal que termina con un montón de fragmentos en el suelo de hormigón, no existe todavía en ningún momento. Aunque creas que sabes cómo acaba todo, esta imaginación es sólo un producto de tu pensamiento simplificado y abstracto. Al igual que el concepto de recordar el montón de fragmentos (es decir, recordar el futuro) y luego sorprenderse de que imprevisiblemente vuelvan a formar un vaso (no conocer el pasado).

¿O sabes dónde están exactamente todos los fragmentos que hay por el suelo, cuáles son sus tamaños y formas, qué colores proyecta la luz refractada del sol sobre las paredes de la habitación donde se rompió el cristal, qué tipo de alfombra hay junto a los cristales rotos, etc.? No, ni siquiera has pensado en todos estos aspectos. Ni siquiera te diste cuenta de que una máquina acoplada a un generador de números aleatorios empujó inesperadamente el cristal más allá del borde de la mesa en la que se encontraba. Pensaste en la rotura del vaso igual que piensas en un árbol cuando la palabra "árbol" aparece en tu mente: como una abstracción muy descuidada que no tiene en cuenta el hecho de que no sabes lo que va a pasar antes de que haya sucedido. Y el vaso, en realidad, nunca se rompió. Sencillamente, no hay vaso.

Así que la verdadera pregunta es por qué las leyes de la física permiten codificar el pasado en nuestro cerebro, mientras que no permiten codificar el futuro. Tampoco se trata de si hay simetría temporal o no, porque incluso si las leyes de la física fueran asimétricas en el tiempo, esto no impediría que tanto el pasado como el futuro pudieran ser codificados en nuestro cerebro en cada momento. Por tanto, si aceptamos la hipótesis de que la física es responsable de nuestra memoria asimétrica (y no de que todo sea una ilusión), entonces las leyes de la física deben ser temporalmente asimétricas de una manera muy específica .

Ese es el "misterio sobre la flecha del tiempo". No se puede explicar simplemente eligiendo unas condiciones iniciales concretas, porque al decir "condiciones iniciales" ya se habla del pasado, lo que supone que hay una realidad física llamada "pasado" que tiene la propiedad especial de influir en lo que viene después, pero no en lo que vino antes. ¿Estás seguro de que lo que has llamado "condiciones iniciales temporalmente asimétricas" no es en realidad el fin de un proceso, como los cristales rotos? Por supuesto, todos sabemos que hay condiciones iniciales, pero no podemos definirlas sin rendirnos ya a la realidad subjetiva de la asimetría entre el pasado y el futuro, entre los recuerdos potenciales y lo desconocido.

Answer 3

El problema en el que al final te ves envuelto es el del cerebro de Boltzmann. Como se señala en la respuesta de Schlomo, tienes que abordar las condiciones iniciales de baja entropía. Pero como se puede leer en sección 6, página 18 de este documento Hay que tener en cuenta que Recurrencias de Poincaré sucederá, es entonces siempre mucho más probable que deba su existencia a una pequeña fluctuación local a la baja de la entropía, en lugar de una grande que hubiera dado lugar al Big Bang.

Answer 4

Estoy un poco confundido sobre su concepto de "condiciones iniciales temporalmente asimétricas".

Las leyes de la física, tal como las entendemos, están codificadas en un conjunto de ecuaciones diferenciales de segundo orden. Eso significa que sólo necesitamos conocer las posiciones y velocidades de todas las partículas en un tiempo determinado (de hecho, en una hipersuperficie de Cauchy) para predecir sus trayectorias pasadas y futuras. Cualquier tiempo, no tiene por qué ser el inicial o el final.

En tu comentario a @knzhou ("Un Big Bang en el pasado y no en el futuro"), dices que la asimetría temporal significa que consideramos condiciones "iniciales" con un Big Bang y condiciones "finales" sin él. Pero nuestros modelos cosmológicos no funcionan así: utilizamos como frontera condiciones (de un problema de Cauchy) las posiciones y velocidades (ley de Hubble) de las galaxias tal y como se ven hoy. Luego las rastreamos, y obtener una gran explosión. En cambio, la evolución futura del Universo parece un poco más difícil de predecir. Una idea que fue popular durante algún tiempo es que terminaría en un big bang invertido en el tiempo, o gran crujido . La teoría del big crunch fue descartada por la observación experimental de la expansión acelerada, pero hasta donde yo sé (tal vez me equivoque en esto), no era incompatible con una flecha del tiempo.

En resumen, creo que su premisa es errónea.