Un físico creó en laboratorio un sistema cuántico descrito como un “miniuniverso” para investigar una de las preguntas más profundas de la ciencia: si el tiempo existe como una propiedad fundamental o si surge de los cambios que ocurren dentro del propio universo. El experimento empleó alrededor de 24.000 átomos de rubidio enfriados hasta temperaturas cercanas al cero absoluto.
¿Qué ocurriría si el tiempo no fuera un elemento básico de la realidad, sino una consecuencia del movimiento, el cambio y el aumento de la entropía? Esta pregunta, discutida durante décadas por físicos y cosmólogos, acaba de recibir una nueva herramienta experimental.
El profesor Giovanni Barontini, de la Universidad de Birmingham, construyó un sistema cuántico aislado que imita algunas características matemáticas de un universo sencillo. Los investigadores lo llaman “miniuniverso”, aunque no se trata de un cosmos real con estrellas, galaxias o planetas, sino de una analogía creada con átomos ultrafríos y controlada mediante láseres.
Dentro de este sistema, los científicos pudieron reconstruir la secuencia de los acontecimientos sin consultar directamente un reloj externo. En lugar de medir segundos o minutos, utilizaron la distribución de los átomos y la evolución de la entropía para establecer qué ocurrió antes y qué ocurrió después.
Precisión científica: los investigadores no crearon un universo literal. Construyeron un sistema cuántico de laboratorio que reproduce ciertas propiedades de modelos cosmológicos simplificados.
Investigador
Giovanni Barontini, físico de la Universidad de Birmingham.
Material utilizado
Una nube de aproximadamente 24.000 átomos de rubidio ultrafríos.
Idea estudiada
Que el tiempo podría emerger de los cambios internos y de la entropía.
¿Cómo se construyó el “miniuniverso”?
El experimento comenzó con una nube de átomos de rubidio enfriados a apenas unas milmillonésimas de grado por encima del cero absoluto. A temperaturas tan bajas, los átomos dejan de comportarse como partículas completamente independientes y pueden formar un estado cuántico colectivo conocido como condensado de Bose-Einstein.
En este estado, una gran cantidad de átomos puede comportarse como una sola onda cuántica. Esa propiedad permite estudiar fenómenos difíciles de observar en condiciones normales y crear simulaciones controladas de sistemas físicos complejos.
Los átomos fueron confinados mediante campos y rayos láser. Después, el sistema se dividió en dos regiones separadas por una barrera muy fina:
Sector brillante: la parte observada del sistema, cuya expansión y contracción podía medirse.
Sector oscuro: una región no observada directamente que podía intercambiar átomos y entropía con el sector brillante.
El conjunto permanecía aislado del entorno del laboratorio tanto como permitía el montaje experimental. De esta forma, funcionaba como un universo cerrado que debía definir internamente su propia secuencia de acontecimientos.
La clave: el sistema no necesitaba consultar un reloj para establecer el orden de los acontecimientos. La información temporal podía reconstruirse observando cómo cambiaban los propios átomos.
Un pequeño Big Bang y un Big Crunch dentro del laboratorio
El sector brillante del experimento podía expandirse y contraerse repetidamente. Los investigadores compararon estos ciclos con versiones simplificadas de un Big Bang y un Big Crunch.
El Big Bang representa el inicio de una expansión, mientras que el Big Crunch es una hipótesis cosmológica en la que la expansión del universo se invierte y toda la materia vuelve a colapsar.
En el experimento no se produjeron explosiones ni fuerzas comparables a las del universo real. La comparación describe matemáticamente cómo la nube atómica se extendía y después volvía a concentrarse.
Lo interesante es que el sistema repetía esos ciclos, mientras el tiempo basado en la entropía continuaba avanzando en una sola dirección. Esto permitía distinguir un ciclo de otro, aunque la forma visible del “miniuniverso” regresara a estados parecidos.
La extraña idea de un universo sin tiempo
En la vida diaria, el tiempo parece evidente. Los relojes avanzan, las personas envejecen y los acontecimientos siguen un orden. Sin embargo, algunas teorías fundamentales de la física presentan un problema sorprendente: sus ecuaciones no incluyen el tiempo de la misma manera que aparece en la experiencia cotidiana.
Una de ellas es la ecuación de Wheeler-DeWitt, desarrollada para intentar describir el universo mediante una combinación de mecánica cuántica y relatividad general.
En esta formulación, el universo completo aparece como un estado cuántico sin un reloj exterior. Esto tiene sentido desde una perspectiva cosmológica: si el universo contiene todo lo existente, no puede haber un observador situado fuera de él sosteniendo un cronómetro.
El desafío es explicar cómo surgen entonces los conceptos de pasado, presente, futuro, evolución y movimiento.
El problema del tiempo: la relatividad trata el tiempo como parte flexible del espacio-tiempo, mientras que la mecánica cuántica suele utilizarlo como un parámetro externo. Unir ambas descripciones sigue siendo uno de los grandes retos de la física.
¿Qué es el tiempo entrópico?
Barontini utilizó la entropía para construir una medida interna del tiempo. La entropía suele describirse como una medida del desorden, aunque en física representa de forma más precisa la cantidad de configuraciones posibles que puede adoptar un sistema.
Cuando los átomos se distribuían entre las regiones brillante y oscura, cambiaba la incertidumbre sobre su ubicación. Esa evolución podía emplearse para ordenar los acontecimientos.
El investigador denominó a esta variable tiempo entrópico. Los resultados mostraron tres propiedades principales:
Cómo se comportó el tiempo entrópico
Tuvo una dirección: permitió establecer una flecha temporal consistente.
Ordenó los acontecimientos: distinguió qué cambios sucedieron antes y cuáles después.
Cambió de velocidad: podía avanzar más rápido o más lento según el intercambio de entropía.
Podía detenerse: cuando la distribución relevante dejaba de cambiar, el tiempo interno permanecía inmóvil.
¿Significa que el tiempo puede detenerse?
En el contexto del experimento, sí podía decirse que el tiempo entrópico se detenía cuando la distribución de los átomos dejaba de proporcionar cambios útiles para ordenar los acontecimientos.
Esto no significa que los relojes del laboratorio se detuvieran ni que las personas dejaran de experimentar el paso del tiempo. El investigador seguía usando tiempo convencional para controlar el montaje y registrar mediciones.
La afirmación se aplica únicamente a la variable interna utilizada dentro del modelo. Cuando el estado relevante no cambiaba, ese sistema no disponía de una nueva referencia entrópica para distinguir un momento del siguiente.
No debe confundirse: el experimento no detuvo el tiempo físico del laboratorio. Demostró que una medida interna del tiempo podía detenerse cuando desaparecía el cambio que la definía.
El tiempo también podía acelerarse o ralentizarse
Los científicos ajustaron la barrera que separaba las dos regiones del condensado. Al modificarla, controlaban la facilidad con la que los átomos podían desplazarse y cómo se transfería la entropía.
Cuando el intercambio ocurría con mayor rapidez, el tiempo entrópico avanzaba más deprisa. Cuando el intercambio disminuía, la medida interna evolucionaba lentamente.
Esta propiedad demuestra que el “ritmo” del tiempo definido dentro del sistema dependía directamente de sus procesos físicos internos. En otras palabras, el reloj estaba formado por los propios cambios del miniuniverso.
| Estado del sistema | Comportamiento entrópico | Interpretación temporal |
|---|---|---|
| Intercambio rápido | La distribución cambia rápidamente. | El tiempo interno avanza más deprisa. |
| Intercambio lento | La entropía cambia gradualmente. | El tiempo interno se ralentiza. |
| Sin cambio relevante | La distribución permanece estable. | La medida entrópica del tiempo se detiene. |
¿El experimento demuestra que el tiempo no existe?
No. El estudio no prueba que el tiempo sea una ilusión ni que el universo real carezca definitivamente de tiempo fundamental.
Lo que demuestra es que, en un sistema cuántico controlado, es posible definir una variable temporal a partir de relaciones y cambios internos, sin utilizar directamente un reloj externo para ordenar los acontecimientos.
Esto respalda experimentalmente la viabilidad de una idea concreta: que una forma de tiempo podría emerger de procesos termodinámicos dentro de un sistema cerrado.
Determinar si el tiempo del universo real tiene exactamente ese origen requerirá nuevos experimentos, modelos más complejos y una teoría completa de gravedad cuántica, algo que la física todavía no posee.
Conclusión provisional: el estudio no elimina el tiempo, pero muestra que su aparición puede describirse mediante cambios internos, sin asumir desde el principio la existencia de un reloj universal.
Una ecuación de Schrödinger basada en tiempo entrópico
Otro resultado importante fue que el investigador pudo reformular una versión de la ecuación de Schrödinger empleando el tiempo entrópico.
La ecuación de Schrödinger es fundamental en mecánica cuántica porque describe cómo cambia el estado de un sistema. Normalmente necesita una variable temporal externa.
En este experimento, la dinámica observada pudo describirse utilizando el tiempo generado dentro del propio sistema. Esto indica que la variable entrópica no era solamente una interpretación visual, sino una herramienta matemática capaz de reproducir y predecir el comportamiento de la nube cuántica.
Por qué el estudio importa para la gravedad cuántica
La física moderna cuenta con dos teorías extraordinariamente exitosas. La relatividad general explica la gravedad y la evolución de objetos grandes, como planetas, estrellas y galaxias. La mecánica cuántica describe el comportamiento de partículas y sistemas microscópicos.
El problema aparece cuando ambas deben aplicarse simultáneamente, como en el origen del universo o en el interior de un agujero negro. En esos escenarios, sus conceptos de espacio y tiempo no encajan fácilmente.
El miniuniverso de átomos ultrafríos proporciona un banco de pruebas para estudiar algunas de esas dificultades sin intentar reproducir literalmente las condiciones extremas del cosmos.
Qué podría estudiarse en el futuro
Modelos del universo temprano: estudiar expansiones cuánticas similares al Big Bang.
Escenarios de colapso: explorar analogías controladas con un Big Crunch.
Agujeros negros análogos: investigar horizontes y evolución cuántica en sistemas de laboratorio.
Teorías rivales del tiempo: comparar distintas propuestas sobre cómo emerge la dinámica cosmológica.
Limitaciones del “miniuniverso”
El sistema sigue siendo una analogía muy simplificada. No incluye gravedad real, expansión del espacio-tiempo, materia oscura, energía oscura, galaxias ni las innumerables interacciones presentes en el universo.
Además, aunque el conjunto se mantuvo aislado, los científicos necesitaban equipos externos para enfriar, preparar y medir los átomos. El laboratorio continuaba usando relojes convencionales.
El valor del experimento está en probar una estructura matemática y física concreta, no en reproducir toda la historia cosmológica dentro de una cámara de vidrio.
Lectura correcta: se trata de un simulador cuántico diseñado para estudiar el problema del tiempo, no de la creación de un universo independiente.
Tabla resumen del experimento
| Aspecto | Detalle | Importancia |
|---|---|---|
| Investigador | Giovanni Barontini. | Dirigió el experimento en la Universidad de Birmingham. |
| Sistema | Aproximadamente 24.000 átomos ultrafríos de rubidio. | Permitió construir un sistema cuántico altamente controlable. |
| División | Sectores brillante y oscuro separados por una barrera láser. | Permitió estudiar intercambio de partículas y entropía. |
| Resultado | Una medida temporal emergió de cambios internos. | Ofrece evidencia experimental sobre una forma de tiempo entrópico. |
| Publicación | Physical Review Research, junio de 2026. | El trabajo fue presentado como estudio experimental revisado por pares. |
Conclusión: un laboratorio para estudiar una de las preguntas más profundas de la física
El miniuniverso creado en la Universidad de Birmingham representa un avance importante porque lleva una pregunta de la cosmología cuántica desde las ecuaciones hasta un experimento controlado.
Los resultados muestran que un sistema cerrado puede construir una medida útil del tiempo a partir de su propia evolución interna. La entropía permitió ordenar acontecimientos, definir una dirección temporal y controlar la velocidad con la que avanzaba ese reloj interno.
Esto no demuestra que el tiempo del universo real sea únicamente una consecuencia de la entropía. Sin embargo, confirma que la idea es físicamente comprobable y que puede emplearse para describir correctamente un sistema cuántico.
La investigación abre así una puerta hacia experimentos más complejos sobre gravedad cuántica, universo temprano y agujeros negros. El gran misterio continúa, pero el tiempo ya no se estudia solamente mirando un reloj: también puede investigarse observando cómo cambia un pequeño universo de átomos.
Resumen final
Un físico de la Universidad de Birmingham creó un sistema cuántico análogo a un miniuniverso.
El experimento empleó alrededor de 24.000 átomos de rubidio enfriados cerca del cero absoluto.
La evolución de la entropía permitió medir una forma interna de tiempo sin recurrir directamente a un reloj externo.
El tiempo entrópico podía avanzar, ralentizarse o detenerse según los cambios del sistema.
El estudio no demuestra que el tiempo sea una ilusión, pero proporciona una plataforma experimental para investigar cómo podría emerger dentro de un universo cuántico.
