La flecha del tiempo dentro del cristal parece ir en ambas direcciones, lo que plantea grandes preguntas

La segunda ley de la termodinámica quisiera charlar.

Desafortunadamente, el descubrimiento no significa que el vidrio pueda viajar en el tiempo.

Crédito de la imagen: Benoit Daoust/Shutterstock.com

Un estudio sobre el movimiento de las moléculas dentro del vidrio ha descubierto algo bastante sorprendente, suponiendo que los resultados puedan replicarse. Los procesos dentro del vidrio, así como en algunos otros materiales con propiedades similares, parecen ser reversibles en el tiempo, lo que potencialmente nos dice algo interesante sobre la segunda ley de la termodinámica.

¿Alguna vez has notado, mientras caminas por la playa, que el viento nunca azota la arena con la forma específica del Taj Mahal o Danny DeVito? ¿O que cuando estás sentado en una habitación los átomos que componen el aire nunca se agrupan en un rincón, dejándote morir en el ambiente sin oxígeno de una parte ligeramente diferente de la habitación?

Estas cosas nunca suceden, y todo es gracias a una ley que parece reinar supremamente, conocida como la segunda ley de la termodinámica. En pocas palabras, todo tiende al desorden. El calor fluye de las zonas calientes a las frías y, en un sistema aislado, la entropía (la medida del desorden dentro de un sistema) sólo puede aumentar.

Casi todas las leyes físicas son reversibles en el tiempo, desde la ecuación de Schrödinger hasta las leyes de la mecánica clásica de Newton. Reprodúzcalos al revés y tendrán el mismo aspecto en ambos sentidos. Pero la segunda ley de la termodinámica es diferente y nos muestra una flecha del tiempo. Si ve un sistema encaminado hacia el desorden, puede apostar su último dólar a que seguirá adelante en el tiempo. No se puede descocinar un huevo.

Por eso es tan extraño que, dentro del vidrio y algunos otros materiales similares estudiados, esta flecha definitoria del tiempo no parezca estar allí, o al menos se vea igual en ambas direcciones.

En el vidrio y el plástico, aunque parezcan sólidos, las moléculas de su interior pueden moverse y buscar estados energéticos más favorables. Estos reordenamientos pueden afectar sus propiedades, lo que hace que valga la pena estudiar este proceso para la fabricación. En el estudio, los investigadores intentaron observar el envejecimiento físico del vidrio.

"A diferencia de la degradación que implica reacciones químicas como la corrosión, el envejecimiento físico implica cambios en las propiedades de los materiales causados exclusivamente por reordenamientos moleculares", explica el equipo en su estudio. "Los materiales no cristalinos como el vidrio ordinario, los polímeros y los vidrios metálicos están sujetos a envejecimiento físico porque el estado vítreo se relaja continuamente hacia un estado de equilibrio metaestable".

Este cambio tarda demasiado en ser observado por los humanos. Sin embargo, el envejecimiento del vidrio se puede estudiar utilizando el concepto de "tiempo material". En este concepto, el tiempo dentro de los materiales transcurre de manera diferente dependiendo de cuánto tiempo les toma a las moléculas dentro de un material reorganizarse.

"El tiempo material puede considerarse como el tiempo medido en un reloj cuyo ritmo cambia a medida que el vidrio envejece", explica el equipo. "Conceptualmente, esto es análogo al concepto de tiempo propio de la teoría de la relatividad, el tiempo medido en un reloj que sigue a un observador en movimiento".

Para estudiar esto, el equipo apuntó un láser a una muestra de vidrio y la siguió de cerca con una cámara de última generación. Cuando la luz incide sobre las moléculas, se dispersa, y el equipo pudo analizar estadísticamente los patrones de luz y oscuridad para determinar qué tan rápido se reorganizan las moléculas del material, o qué tan rápido pasa el tiempo del material.

Y aquí es donde encontraron algo realmente extraño. Las fluctuaciones de las moléculas dentro del vidrio y de los otros materiales estudiados hasta ahora parecen ser reversibles en el tiempo. Reprodúzcalo al revés y se verá igual.

"Sin embargo, esto no significa que el envejecimiento de los materiales pueda revertirse", subrayó en un comunicado el autor del estudio, Till Böhmer, del Instituto de Física de la Materia Condensada de la Universidad Técnica de Darmstadt. El vidrio aún envejece, y el proceso de envejecimiento ocurre a lo largo del largo y lento tiempo del material.

Algunas preguntas resultantes de este estudio incluyen si esta reversibilidad temporal está presente en otros materiales, en qué medida difiere su reloj interno y también "¿qué diablos?"

"Nuestros resultados dan lugar a una serie de preguntas", añadió el equipo en su estudio. "Si la reversibilidad del tiempo material es una característica universal del envejecimiento; si es posible formular relaciones generalizadas de fluctuación-disipación basadas en el tiempo material en lugar del tiempo de laboratorio, posiblemente en un nivel de grano grueso, y de ser así, cómo se relacionaría esto con el el concepto de temperatura efectiva introducido hace mucho tiempo para la descripción del envejecimiento; si la reversibilidad del tiempo material refleja la reversibilidad de las leyes fundamentales de la física y, por lo tanto, se conecta con el teorema de fluctuación que cuantifica una consecuencia de la reversibilidad microscópica del tiempo".

El equipo espera explorar más a fondo estas preguntas con material diferente. Es posible que pronto se produzcan resultados extraños y emocionantes.

El estudio se publica en la revista Nature Physics.