Por Leonardo Moledo

San Agustín

El tiempo es probablemente el mayor de los enigmas, y el viaje en el tiempo es una de las fantasías humanas básicas. Pues bien: existen partículas subatómicas que viajan hacia el pasado, y que además lo hacen de una manera más que peculiar. Los físicos de dos grandes aceleradores de partículas, el CERN europeo y el Fermilab norteamericano, han demostrado que cuando ciertas partículas viajan hacia atrás en el tiempo, su comportamiento es, en cierto modo, diferente de cuando avanzan en el tiempo. Eso, al menos, dice la noticia reciente. Las partículas que se mueven hacia el pasado produciendo escándalo llevan el poco usual (en términos cotidianos) nombre de “kaones neutros” y están formadas por dos quarks (los neutrones y los protones que integran el núcleo atómico están formados por tres quarks). Y resulta que en su viaje hacia el pasado, los simpáticos kaones se comportan de manera diferente a cuando avanzan hacia el futuro. En principio, no es para sorprenderse, ¿si emprendiera un viaje hacia el pasado, no actuaría de manera distinta a la habitual, ya que habitualmente viaja, como todos, del pasado hacia el futuro, irremediablemente? Sin embargo esta disfunción que a cualquier lector se le perdonaría, en el caso de los kaones viajando a contramarcha del tiempo pone en cuestión la manera en que funciona el universo. Y es toda una historia como siempre que está en juego esa cosa que llamamos tiempo.

“El tiempo pasa...”
Pablo Milanés

El sentido del tiempo es muy claro en la vida cotidiana: es fácil sentir que el tiempo transcurre, y se ve cómo, sistemáticamente, desde las estrellas hasta los escarabajos, todo se degrada y muere (sin olvidar al universo, que parece tener su fin garantizado a largo plazo). Lo cual está asegurado por esa odiosa institución llamada la Segunda Ley de la Termodinámica según la cual en el universo, tal y como lo conocemos, los procesos se dan siempre en sentido del aumento de la entropía, una magnitud, que, a grandes rasgos, mide el desorden de los sistemas: progresivamente, el mundo se desordena y toda la energía (y toda la materia) se convierte en calor, y este proceso sí es irreversible: ningún fenómeno es posible si viola la Segunda Ley. Macroscópicamente, la Segunda Ley marca una flecha inexorable del tiempo y a su merced estamos.

Pero sin embargo, la mecánica (o por lomenos la mecánica clásica) es olímpicamente indiferente al pasado o al futuro. Las ecuaciones que describen el movimiento de los cuerpos no distinguen entre el tiempo que va y el que viene: con una computadora suficientemente potente, por caso, se pueden calcular las posiciones de los planetas dentro de diez mil años o hace diez mil años, con la misma facilidad y exactamente de la misma manera, y sobre todo, con la misma indiferencia. Ni a los planetas, ni a las ecuaciones que describen su comportamiento les importa la dirección del tiempo. La flecha temporal, que nos angustia y asusta a nosotros, miserables seres biológicos y termodinámicos, no existe para ellos: al fin y al cabo, si se filmara una partida de tenis y se pasara la película hacia atrás, salvo en el momento del saque, y cuando se mire el marcador, sería imposible distinguir el sentido en que se está pasando. No habría ninguna señal que nos advierta de esa inversión temporal.

Así es, en principio, pero parece que cuando se trata con partículas subatómicas, la cosa es diferente y el pasado y el futuro no se distinguen con tanta claridad. Justamente, lo que los recientes experimentos parecen demostrar es que el sentido del tiempo no les es tan indiferente como parecía, y que cuando van para atrás en el tiempo ciertas partículas subatómicas se comportan de manera distinta que cuando avanzan en el sentido temporal “normal”. Parece bastante raro, por supuesto, que existan partículas retrocediendo en el tiempo, pero empieza a ser más claro si uno se remonta a uno de los datos básicos de la arquitectura del mundo: la distinción entre materia y antimateria.

En 1928, cuando sólo se conocían dos partículas subatómicas (el protón y el electrón), el físico P. A. M. Dirac sugirió la existencia de una partícula exactamente igual al electrón en todo, salvo en su carga, que sería positiva. Una especie de “antielectrón”. Aunque se trataba de una mera conjetura teórica, poco después adquirió soporte y estatura experimental: en 1932 Carl Anderson, trabajando con rayos cósmicos, encontró la huella de lo que con singular originalidad llamó “positrón”; era el primer rastro jamás observado de antimateria, que de manera sutil, y hasta cierto punto subrepticia, hizo su aparición en un mundo demasiado seguro de su materialidad. Después, naturalmente, arreció. En 1955 se vio por primera vez el antiprotón y casi inmediatamente al antineutrón. En los grandes aceleradores, se logró producir átomos de antihidrógeno: un antielectrón girando alrededor de un antiprotón. En realidad, hoy en día todas las partículas tienen su correspondiente antipartícula.

Las partículas (materia) y sus respectivas antipartículas (antimateria) son idénticas, salvo en su carga eléctrica, cuando la hay, y en su “spin” (propiedad que gruesamente puede interpretarse como una rotación sobre sí misma) que es opuesto. Pero hay más: entre la materia y la antimateria no puede haber ninguna clase de componendas, ya que cuando entran en contacto se aniquilan, desaparece toda materialidad o antimaterialidad, ya que se transforman íntegramente en energía. Justamente, los experimentos del CERN y del Fermilab fueron hechos sobre una partícula elemental llamada kaón neutro y su antipartícula respectiva, el antikaón neutro.

Y aquí es donde se entrevera el tiempo. En realidad, no es que se hayan observado exactamente partículas viajando hacia el pasado, sino que, por increíble que parezca, una antipartícula puede interpretarse como una partícula que retrocede en el tiempo: así, un positrón puede imaginarse como un electrón que retrocede en el tiempo y viaja desde el futuro hacia el pasado, del mismo modo que una “antipelícula”, esto es, una película de video pasada al revés puede pensarse como una película que retrocede en el tiempo. Y un antilector, empezando por el final y terminando en el copete, podría pensarse como un lector normal leyendo hacia atrás en el tiempo.Pero si el tiempo fuera verdaderamente simétrico, una película y su antipelícula deberían, de algún modo, durar lo mismo, igual que la lectura y la antilectura de esta nota. Si la película pasada al revés durara menos (o más) que “al derecho”, quiere decir que los videos, o esta nota, tienen conflictos con el tiempo, o que, por lo menos, son particularmente sensibles al sentido del tiempo.

Esto, es, justamente, lo que se observó tanto en el Cern como en el Fermilab con los kaones neutros (y los antikaones neutros): si las partículas fueran indiferentes al transcurrir del tiempo, las transformaciones de kaones en antikaones y viceversa, de antikaones en kaones serían iguales, pero ambos experimentos demostraron que no es así: los antikaones se transforman en kaones más rápidamente que al revés; puesto que los antikaones son partículas que viajan hacia atrás en el tiempo se deduce que las partículas que avanzan temporalmente y las que retroceden se comportan de manera distinta. Esto es, el tiempo no es indiferente para ellas.

Las preferencias temporales no son inocuas, y que haya diferencias en este terreno corona una trilogía que fue derrumbándose de a poco. En primer lugar, la simetría entre la derecha y la izquierda: aunque en el mundo hay estructuras con orientación derecha y orientación izquierda que no pueden superponerse (y basta para ello tratar de leer esta nota reflejada en un espejo) en principio, y era un artículo de fe en la física, el universo no tenía ninguna preferencia por una u otra orientación: respecto del par derecha-izquierda había una perfecta y absoluta simetría (simetría de paridad). Esto es: si el universo entero se reflejara en un espejo, sostenía el dogma, nada se alteraría. El lector del espejo (con el corazón a la derecha, y al que le parece absolutamente natural leer de derecha a izquierda), cruzaría estas líneas (también reflejadas) sin ningún inconveniente, y ningún experimento que hiciera podría demostrarle de qué lado del espejo está. Dentro del espejo, todo funciona igual. El asunto de las simetrías dista de ser trivial, porque allí donde hay una simetría, hay algo más profundo, por debajo de la apariencia de los objetos, hay algo que no cambia y permanece. Al fin y al cabo, fue su propensión a la simetría lo que llevó a los filósofos griegos a considerar la esfera como el cuerpo perfecto. Y poco después del origen del universo, toda la materia y la antimateria se aniquilaron mutuamente en un chorro de radiación. Si algo sobrevivió (el universo actual) es porque la simetría no era perfecta y había un pequeño exceso de materia sobre la antimateria. Así que las simetrías, o la falta de ellas, están en la base misma de nuestra existencia.

Pero en 1956 los físicos Tsung Dao Lee y Chen N. Ning sugirieron teóricamente, y luego la física Chieng Shiun Wu demostró en el laboratorio, que la simetría en la paridad (simetría izquierda-derecha) era violada en el mundo físico. Por lo menos en relación a ciertos fenómenos ligados a la interacción débil, una de las cuatro fuerzas de la naturaleza, que participa en ciertos fenómenos de desintegración radiactiva (las otras tres fuerzas son la gravitatoria, la electromagnética y la nuclear). Es decir que, después de todo, el universo mirado en un espejo diferiría del universo real, y el lector del espejo y el lector de este lado del espejo podrían tener una pequeña diferencia, por lo menos en lo que se refiere a la interacción débil. Habría, por así decirlo, una pizca de diferenciación entre la izquierda y la derecha, cosa que en política está muy bien y es necesaria, pero que a los físicos, que adoran la simetría, les pareció muy mal.

Nadie, en el mudo de los físicos (y ni siquiera en el de los físicos reflejados en el espejo) aceptó resignadamente la violación de la simetría de paridad, y salieron al rescate con otra de las simetrías: la de carga eléctrica. Otra vez, esta simetría, artículo de fe, rezaba que si todas las cargas eléctricas del universo se invirtieran (de negativas a positivas) nada pasaría. O dicho de otro modo, que si toda la materia se convirtiera en antimateria (que implica cambiar su carga eléctrica) y viceversa, sería imposible darse cuenta. La simetría de carga corrió en ayuda de la rota simetría de paridad, combinándose con ella (simetría CP): si la izquierda y la derecha se invirtiera, y a la vez la materia y la antimateria se invirtieran, nada cambiaría, fue el nuevo slogan. Esto es, si el lector del espejo fuera en realidad un antilector (un lector formado íntegramente de antimateria, con antiátomos y anticélulas), que antileyera este artículo, ambos lados del espejo estarían en paz, y ningún desacuerdo habría entre ellos.

Pero una vez más, la experiencia desmintió este idilio entre ambos lados del espejo: en 1964 Val Fitch y James Cronin demostraron que la simetría combinada de carga y orientación también se violaba. El lector de esta nota y el antilector de la antinota correspondiente del otro lado del espejo, otra vez, tendrían problemas. Fue una desdicha, en cierto modo, porque hubo que recurrir al tiempo. O mejor dicho, a la simetría temporal de la que se hablaba en el principio de esta nota.

Si las dos simetrías (carga y orientación) se violan, ¿por qué no el tiempo? Los experimentos de 1964 indicaban (aunque en forma indirecta) que la simetría temporal sí se violaba, y los actuales experimentos con kaones del CERN y del Fermilab parecen demostrar que efectivamente es así. Lo cual es una suerte: primero, porque extiende el principio de uniformidad (si dos de las simetrías se violan, la tercera también) y en segundo lugar, porque permite pensar que la combinación de las tres simetrías violadas (orientación, carga y tiempo, CPT) sí es inviolable. Es decir, que si del otro lado del espejo un antilector antileyera antiesta antinota, pero en sentido temporal inverso, es decir, empezando por el final y terminando por el principio, entonces sí el resultado sería idéntico, y no habría absolutamente ninguna diferencia. Si el lector quiere comprobarlo, la receta es fácil: cambie toda su materia por antimateria, sitúese del otro lado de un espejo, invierta la dirección del flujo del tiempo y verá que nada se modifica.

El universo en gran escala está descripto por la Teoría de la Relatividad General, que también tiene sus cuestiones con el tiempo (el tiempo no transcurre siempre igual, sino que depende del movimiento, o de la intensidad del campo gravitatorio, de tal modo que un reloj situado sobre el sol, el tiempo transcurre más despacio que sobre la Tierra). En el ámbito de lo microscópico, los minúsculos y entrañables kaones, que a veces siguen la corriente del tiempo como kaones, y a veces la remontan, como antikaones, tienen también lo suyo, y en la neurosis temporal se parecen a la especie humana. En un cuento memorable, “Tiempo de pasaje”, J. G. Ballard cuenta la vida de un hombre en sentido temporal inverso, y concluye que nada cambia. Parece que no es completamente así, ni para los hombres, ni para los kaones neutros.