¿Por qué hay una flecha del tiempo? es decir, ¿por qué el futuro es tan diferente del pasado?

Answer 1

Respuesta corta:
El universo evoluciona de un estado de bajo desorden (entropía) a alto desorden (entropía). Lo hace porque es mucho más probable que esté en un estado de alta entropía que esa baja entropía. Agregue a esta idea, el hecho de que el universo comenzó en un estado muy suave y de baja entropía, y podemos entender por qué el futuro es tan diferente del pasado.

Respuesta larga (er):

El universo evoluciona de un estado de bajo desorden (entropía) a alto desorden (entropía).

Rocíe un poco de perfume en la esquina de una habitación pequeña. Ahora sabemos lo que sucederá: el perfume se propagará razonablemente rápidamente a través de su volumen disponible. Las moléculas de los aceites aromáticos, los fijadores y el solvente, originalmente en equilibrio en la botella contenedora, al ser liberadas, se “relajarán” a un nuevo equilibrio.

Era mucho más probable que las moléculas en el perfume se extendieran en la habitación que en una esquina. Este estado más probable en el que se extiende el perfume, es un estado de alta entropía. Cada sistema aislado (en nuestro caso, las moléculas de perfume en la habitación) evoluciona hacia un estado de mayor entropía con una alta probabilidad. (¡Alerta de razonamiento cíclico!) De hecho, la entropía se define de esta manera. Un estado de alta entropía es uno que es más probable, y viceversa.

El universo comenzó en un estado muy suave y de baja entropía. Por lo tanto, el futuro es tan diferente del pasado.

Cuando comenzamos, las moléculas de perfume se amontonaban en un rincón de la habitación. El futuro para el sistema que comienza en este estado “improbable” es muy diferente de su pasado. Desde hace algún tiempo, el perfume se extiende por la habitación. pero una vez que el olor es razonablemente uniforme en toda la habitación, permanece así. Ahora, el futuro y el pasado no son muy diferentes. Por lo tanto, no había comenzado con un universo en el estado extremadamente caliente y denso que siguió al Big Bang, su (y nuestro) futuro no sería muy diferente de su pasado.

Feynman explicó esta idea con hermosas palabras:

Por alguna razón, el universo en un tiempo tuvo una entropía muy baja por su contenido de energía, y desde entonces la entropía ha aumentado. Así que ese es el camino hacia el futuro. Ese es el origen de toda irreversibilidad, eso es lo que hace que los procesos de crecimiento y decadencia, que nos hacen recordar el pasado y no el futuro, recuerden las cosas que están más cerca de ese momento en la historia del universo cuando el orden era superior a ahora, y por qué no somos capaces de recordar cosas donde el trastorno es más alto que ahora, lo que llamamos el futuro.

Más sobre el tema:

1. Sean Carroll – La cosmología y la flecha del tiempo
2. Feynman Lectures on Physics – Capítulo 44, Las leyes de la termodinámica.
3. Asimetría termodinámica en el tiempo (The Stanford Encyclopedia of Philosophy) Asimetría termodinámica en el tiempo

Answer 2

El universo está sujeto a la teoría del caos. Existe la probabilidad de que haya una teoría mecánica cuántica determinista que sea consistente con las observaciones donde la aleatoriedad cuántica se explica mediante la teoría del caos. El Big Bang fue un estado con una fluctuación en una pequeña área. Consideremos el estado del universo en cada momento que es un múltiplo de un picosegundo después del big bang. Es aleatorio cuál de los muchos que pueden ocurrir a continuación ocurrirá y debido a eso, no es aleatorio dado el siguiente estado que era el estado anterior. De nuevo, es aleatorio en qué estado el universo evolucionará a otro picosegundo más tarde y, debido a eso, no será aleatorio desde qué estado llegó a ese estado. El estado inicial del big bang se magnificará de nuevo otro picosegundo más adelante, convirtiéndolo en un estado aleatorio en el que evolucionará en el siguiente, y por lo tanto no aleatorio desde qué estado evolucionará el universo hacia ese estado. Como resultado de la ampliación, el siguiente estado exacto sigue siendo aleatorio, por lo que se magnificará nuevamente, convirtiéndose en aleatorio en qué estado evolucionará el universo hacia el siguiente y, por lo tanto, no aleatorio, desde qué estado evolucionará hacia ese estado. Por inducción, para cada estado, ya que la parte de la información sobre el estado actual exacto en la dirección futura es aleatoria, la parte de la información sobre el estado exacto siguiente en la dirección futura también lo es. Para cada estado, dado que fue aleatorio en qué estado evolucionó el estado anterior, no es aleatorio desde qué estado evolucionó el estado. De hecho, según la teoría del caos, la información sobre el estado exacto en la dirección pasada sigue siendo exponencialmente más precisa con el tiempo. La no aleatoriedad de la evolución de los estados en la dirección pasada explica por qué, dado un material con una distribución desigual del calor, se puede predecir que el calor estaba aún menos dispersado. Las leyes macroscópicas permiten lo contrario a objetos en espiral entre sí que emiten una onda gravitacional. La forma en que sucedería es una interferencia destructiva entre la onda entrante y la onda emitida. Sin embargo, eso tampoco sucede en nuestro universo. La razón es que no hubo una ola entrante en el momento del Big Bang y, por inducción, no puede haber una en ningún momento porque no hubo ninguna en el momento anterior. La flecha del tiempo también explica por qué creas una corriente estrecha de aire cuando soplas el aire pero no cuando lo aspiras. También podemos usar la flecha del tiempo para predecir que los cráteres de la Luna no solían estar allí. y fueron formados por un asteriodo. No es contradictorio que podamos predecir eso a partir del estado actual porque no es aleatorio en qué microestado da origen al macroestado actual en el que se encuentra el universo. La flecha del tiempo es la razón de la segunda ley de la termodinámica, no al revés . Es más fácil probar las leyes macroscópicas como lo hice a partir de la segunda ley de la termodinámica porque para hacerlo, primero tendría que probar la segunda ley de la termodinámica. El hecho de que ninguna sustancia tenga 3 formas con una tendencia a nuclearse en círculos de una forma a otra probablemente sea cierto y puede comprobarse a partir de la mecánica cuántica y la teoría del Big Bang, pero es extremadamente difícil hacerlo.