Does time exist? - Andrew Zimmerman Jones

Summary

El guion explora la naturaleza del tiempo, desde sus inicios en observaciones cíclicas hasta su complejidad en la teoría de la relatividad de Einstein. Se cuestiona si el tiempo es una entidad física o solo una percepción humana. La 'flecha del tiempo' y la segunda ley de la termodinámica definen su dirección, pero la fusión de la relatividad general y la física cuántica en una 'teoría de todo' sigue siendo un desafío. Algunos intentos, como la ecuación de Wheeler-DeWitt, omiten el tiempo, lo que plantea la posibilidad de que sea una ilusión emergente, similar a cómo el movimiento en una película es percibido a partir de imágenes fijas.

Takeaways

• ⏳ La medición del tiempo comenzó con la observación de ciclos naturales, como el cambio de día y noche y las estaciones.
• ⌚ El tiempo se convirtió en unidades más prácticas con la invención de instrumentos como los relojes de sol y los relojes mecánicos.
• 🤔 La existencia física del tiempo es un misterio; algunos piensan que es una entidad real, mientras que otros cuestionan si es solo una percepción.
• 🧐 La teoría de la relatividad de Einstein complicó la comprensión del tiempo, sugiriendo que no pasa a la misma velocidad para todos.
• 🛰️ La relatividad también introdujo la idea de que el tiempo y el espacio están unidos, creando el concepto de espacio-tiempo.
• ➡️ El 'flechazo del tiempo' describe por qué se mueve en una sola dirección: del pasado hacia el futuro.
• 🌊 La segunda ley de la termodinámica explica el flechazo del tiempo a través del aumento de la entropía y el desorden en el universo.
• 🔬 La búsqueda de una 'teoría de todo' en física intenta unir la relatividad general y la física cuántica, pero aún no se ha logrado.
• 🕰️ Algunas teorías sugieren que el tiempo podría no existir como una propiedad fundamental, sino como una emergente del funcionamiento del universo.
• 🎥 El tiempo puede ser similar a la ilusión de movimiento en una película, donde la secuencia de imágenes fijas crea la percepción de cambio continuo.

Q & A

¿Cuáles fueron las primeras formas de medir el tiempo?

Las primeras formas de medir el tiempo fueron observaciones de ciclos del mundo natural, utilizando patrones de cambio de día a noche y estación en estación para construir calendarios.

¿Qué nos permite entender la teoría de la relatividad de Einstein sobre el tiempo?

La teoría de la relatividad de Einstein nos dice que el tiempo pasa para todos, pero no siempre a la misma velocidad para personas en situaciones diferentes, como aquellos que viajan cerca de la velocidad de la luz o orbitan un agujero negro supermasivo.

¿Cómo resolvió Einstein la malleabilidad del tiempo?

Einstein resolvió la malleabilidad del tiempo combinando el tiempo con el espacio para definir el espacio-tiempo, que puede doblar pero se comporta de maneras consistentes y predecibles.

¿Qué es la flecha del tiempo y cómo se relaciona con la física?

La flecha del tiempo es la noción de que podemos moverse a través del espacio en cualquier dirección, pero solo en una dirección a través del tiempo. Esto se describe en física por la Segunda Ley de la Termodinámica, que dice que los sistemas ganarán desorden o entropía con el tiempo.

¿Por qué es importante reconciliar la relatividad general y la física cuántica?

Reconciliar la relatividad general y la física cuántica es uno de los mayores desafíos en física teórica, ya que uno describe el comportamiento de objetos muy grandes y el otro explica lo muy pequeño, y se necesita una 'teoría de todo' que los unifique.

¿Qué es la ecuación de Wheeler-DeWitt y cómo trata el tiempo?

La ecuación de Wheeler-DeWitt es una de las contiendas para una 'teoría de todo' que no incluye el tiempo en absoluto, lo que plantea preguntas sobre la existencia del tiempo en el nivel más fundamental.

¿Qué son las propiedades emergentes y cómo podrían estar relacionadas con el tiempo?

Las propiedades emergentes son características que no existen en piezas individuales de un sistema, pero que existen para el sistema en su conjunto. Se cuestiona si el tiempo podría ser una propiedad emergente similar a cómo las mareas surgen del comportamiento colectivo de las moléculas de agua.

¿Cómo podría el tiempo ser una ilusión en la percepción de la física?

Se plantea la posibilidad de que el tiempo, al igual que el movimiento en una película que se crea a través de imágenes fijas, podría ser una ilusión generada por las limitaciones de cómo percibimos el universo.

¿Qué preguntas sobre el tiempo aún están sin resolver y cómo están los físicos explorando estas preguntas?

Los físicos siguen explorando preguntas sobre el tiempo, como su existencia como una propiedad fundamental o emergente, y si las ecuaciones que describen el universo deberían incluir el tiempo, entre otras.

¿Cómo se relaciona el concepto de entropía con la dirección del tiempo?

La entropía, que mide el desorden de un sistema, aumenta con el tiempo, lo que define la dirección de la flecha del tiempo, de la orden a desorden, en el universo.

Outlines

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🕰️ Mediciones Tempranas del Tiempo

Este párrafo explora cómo las primeras mediciones del tiempo se basaron en observaciones cíclicas del mundo natural, como el cambio de día a noche y las estaciones. Se menciona la evolución hacia métodos más precisos como los relojes de sol y los relojes mecánicos. A continuación, se plantea la pregunta filosófica de si el tiempo es algo que existe físicamente o es solo una creación mental. La respuesta inicial parece clara, pero con la teoría de la relatividad de Einstein, se complica la comprensión del tiempo, ya que muestra que el tiempo no fluye a la misma velocidad para todos, dependiendo de la situación, como en el caso de viajar cerca de la velocidad de la luz o alrededor de un agujero negro. Einstein resolvió esta malleabilidad del tiempo al combinarlo con el espacio para definir el espacio-tiempo, que se curva pero sigue comportamientos predecibles. Esto sugiere que el tiempo está tejido en el tejido mismo del universo.

Keywords

💡Medición del tiempo

La medición del tiempo es el proceso de cuantificar la duración de eventos o intervalos utilizando unidades de tiempo. En el guion, se menciona que las primeras medidas de tiempo fueron observaciones de ciclos naturales, como los cambios de día y noche y las estaciones. Esto establece la base para comprender cómo el tiempo ha sido percibido y medido a lo largo de la historia, y cómo ha evolucionado hacia métodos más precisos como los relojes solares y mecánicos.

💡Relatividad de Einstein

La teoría de la relatividad de Einstein es un concepto fundamental en física que describe cómo el espacio y el tiempo están interconectados y cómo varía la percepción del tiempo según la velocidad y la gravedad. En el guion, se destaca que la relatividad nos enseña que el tiempo no pasa a la misma velocidad para todos, especialmente para aquellos que viajan a altas velocidades o están cerca de un agujero negro, lo que complica nuestra comprensión de la existencia física del tiempo.

💡Espacio-tiempo

El espacio-tiempo es una noción introducida por Einstein que combina el espacio tridimensional con el tiempo en una sola entidad cuatro-dimensional. Como se describe en el guion, el espacio-tiempo puede curvarse pero sigue comportamientos predecibles, lo que sugiere que el tiempo está tejido en la misma estructura del universo.

💡Flechas del tiempo

La flecha del tiempo hace referencia a la dirección unidireccional en la que fluye el tiempo, de la cualidad pasada a la cualidad futura. El guion utiliza el ejemplo de la difusión de un gota de colorante en un vaso de agua para ilustrar cómo la percepción de un proceso en reversa nos haría entender el tiempo como fluyendo hacia atrás, lo que es inusual en nuestra experiencia diaria.

💡Segunda Ley de la Termodinámica

La Segunda Ley de la Termodinámica establece que los sistemas naturales tienden a aumentar su desorden o entropía a medida que el tiempo avanza. En el guion, se relaciona con la flecha del tiempo, explicando que los sistemas en el universo se desorganizan y es esta propiedad lo que define la dirección del tiempo.

💡Teoría de la gravedad general

La teoría de la gravedad general es una teoría de la gravedad公式ulada por Einstein que describe el comportamiento de objetos masivos en el espacio-tiempo. En el guion, se menciona como una de las dos grandes teorías que gobiernan la física actual, junto con la física cuántica, y es crucial para entender la escala de objetos muy grandes en el universo.

💡Física cuántica

La física cuántica es la rama de la física que estudia fenómenos a escalas muy pequeños, como partículas subatómicas y la naturaleza fundamental de la materia y la energía. En el guion, se señala como la teoría que complementa a la teoría de la gravedad general para describir fenómenos a diferentes escalas, y es esencial para la búsqueda de una 'teoría de todo'.

💡Teoría de todo

Una teoría de todo es una hipotética teoría unificada que intenta reconciliar la física cuántica y la teoría de la gravedad general en una sola descripción coherente del universo. El guion menciona que uno de los mayores desafíos en la física teórica ha sido encontrar una tal teoría, y que ha habido múltiples intentos, incluyendo la ecuación de Wheeler-DeWitt, que no incluye el tiempo.

💡Ecuación de Wheeler-DeWitt

La ecuación de Wheeler-DeWitt es una formulación de la teoría cuántica de la gravedad que no incluye el concepto de tiempo. Como se discute en el guion, su existencia sugiere la posibilidad de que el tiempo no exista como una propiedad fundamental en la naturaleza, sino que podría ser una ilusión o una propiedad emergente.

💡Propiedades emergentes

Las propiedades emergentes son características que aparecen cuando componentes individuales de un sistema se unen de cierta manera, pero que no existen en los componentes aislados. El guion utiliza el ejemplo de la marea, que no existe en una sola molécula de agua, pero sí en el océano como un conjunto, para ilustrar cómo el tiempo podría ser una propiedad emergente en lugar de una propiedad fundamental.

Highlights

Las primeras medidas del tiempo eran observaciones de ciclos del mundo natural, utilizando patrones de cambios de día a noche y estación en estación para construir calendarios.

El tiempo se convirtió en más preciso con la llegada de instrumentos como los relojes de sol y los relojes mecánicos.

La naturaleza física del tiempo es cuestionada, ¿es algo que existe físicamente o solo en nuestras mentes?

La teoría de la relatividad de Einstein complica la comprensión del tiempo, indicando que no fluye a la misma velocidad para todos.

Einstein combina el tiempo con el espacio para definir el espacio-tiempo, el cual se curva pero se comporta de manera predecible.

La teoría de Einstein sugiere que el tiempo está tejido en el tejido mismo del universo.

La flecha del tiempo es un misterio: ¿por qué podemos moverse en cualquier dirección en el espacio pero solo en una en el tiempo?

La ley segunda de la termodinámica describe cómo los sistemas ganan desorden o entropía con el tiempo, definiendo la dirección de la flecha del tiempo.

La búsqueda de una 'teoría de todo' que una física cuántica y la relatividad general es un objetivo principal en física teórica.

La ecuación de Wheeler-DeWitt, una de las teorías de todo, no incluye el tiempo, lo que plantea preguntas sobre su existencia fundamental.

Si una teoría que no incluye tiempo resultara ser verdadera, ¿significaría que el tiempo no existe a nivel fundamental?

Es posible que el tiempo sea una ilusión generada por las limitaciones de cómo percibimos el universo.

Las propiedades emergentes son aquellas que no existen en piezas individuales de un sistema, pero sí para el sistema completo, como las mareas en el océano.

Una película crea la sensación de cambio a través del tiempo usando imágenes fijas que parecen tener un flujo continuo cuando se ven en secuencia rápida.

La ilusión de movimiento en una película es real pero también una ilusión, ¿podría la física del tiempo ser similar?

Los físicos siguen explorando estas y otras preguntas, y aún estamos lejos de una explicación completa.

Transcripts

The earliest time measurements were

observations of cycles of the natural world,

using patterns of changes from day to night

and season to season to build calendars.

More precise time-keeping, like sundials

and mechanical clocks, eventually came along

to put time in more convenient boxes.

But what exactly is it that we’re measuring?

Is time something that physically exists,

or is it just in our heads?

At first the answer seems obvious—

of course time exists;

it constantly unfolds all around us,

and it’s hard to imagine the universe without it.

But our understanding of time started

getting complicated thanks to Einstein.

His theory of relativity tells us that time

passes for everyone, but doesn’t always pass

at the same rate for people in different situations,

like those travelling close to the speed of light

or orbiting a supermassive black hole.

Einstein resolved the malleability of time

by combining it with space to define space-time,

which can bend, but behaves in consistent, predictable ways.

Einstein’s theory seemed to confirm that time

is woven into the very fabric of the universe.

But there’s a big question it didn’t fully resolve:

why is it we can move through space in any direction,

but through time in only one?

No matter what we do, the past is always,

stubbornly, behind us.

This is called the arrow of time.

When a drop of food coloring is

dropped into a glass of water,

we instinctively know that the coloring

will drift out from the drop,

eventually filling the glass.

Imagine watching the opposite happen.

Here, we’d recognize time as unfolding backwards.

We live in a universe where the food coloring

spreads out in the water,

not a universe where it collects together.

In physics, this is described by

the Second Law of Thermodynamics,

which says that systems will gain disorder,

or entropy, over time.

Systems in our universe move from order to disorder,

and it is that property of the universe

that defines the direction of time’s arrow.

So if time is such a fundamental property,

it should be in our most fundamental equations

describing the universe, right?

We currently have two sets of

equations that govern physics.

General relativity describes the

behavior of very large things,

while quantum physics explains the very small.

One of the biggest goals in theoretical physics

over the last half century has been reconciling

the two into one fundamental “theory of everything."

There have been many attempts

—none yet proven—

and they treat time in different ways.

Oddly enough, one contender called the Wheeler-DeWitt

equation, doesn’t include time at all.

Like all current theories of everything,

that equation is speculative.

But as a thought experiment,

if it or a similarly time-starved equation

turned out to be true, would that mean

that time doesn’t exist, at the most fundamental level?

Could time just be some sort of illusion generated

by the limitations of the way

we perceive the universe?

We don’t yet know, but maybe that’s

the wrong way of thinking about it.

Instead of asking if time exists as a fundamental property,

maybe it could exist as an emergent one.

Emergent properties are things that don’t exist

in individual pieces of a system,

but do exist for the system as a whole.

Each individual water molecule doesn’t have a tide,

but the whole ocean does.

A movie creates change through time by using

a series of still images that appear to have a fluid,

continuous change between them.

Flipping through the images fast enough,

our brains perceive the passage of time

from the sequence of still images.

No individual frame of the movie changes

or contains the passage of time,

but it’s a property that comes out of how

the pieces are strung together.

The movement is real, yet also an illusion.

Could the physics of time somehow be a similar illusion?

Physicists are still exploring these and other questions,

so we’re far from a complete explanation.

At least for the moment.