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28/2/2007 U.A.M. 1
La Flecha del Tiempo
Un Problema Pendiente para la Ciencia Moderna
Manuel Alfonseca
28/2/2007 U.A.M. 2
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
28/2/2007 U.A.M. 45
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