Un flux unidireccional
Només coneixem un camí entre el passat i el futur. Entre lahir i el demà. Aquest camí és el temps, o, més ben dit, el pas del temps. A cada granet que cau dins el nostre rellotge de sorra, el futur es converteix en passat. Aquesta transició, que transforma desconeguts instants de futur en fragments inqüestionables de passat, és el que anomenem la fletxa del temps.
La fletxa del temps avança irremeiablement. No la podem aturar. Els dies passen, un rere laltre, i envellim. Encara no sha observat mai el fenomen contrari, que el temps passi cap enrere, un procés espontani de rejoveniment que ens retorni a la infantesa, al mateix moment del naixement i més enrere encara.
Per què? Per què lúnic camí que constatem és cap endavant? Sembla una pregunta ben innocent, però no ho és gens.
La causalitat és la base del funcionament del nostre univers, de la nostra vida. La causalitat ve a dir que els efectes que veiem ara han tingut una causa abans. Trobem els vidres trencats a terra perquè el got ha caigut, ja que anteriorment era sobre la taula. Les restes dun castell de sorra a la platja ens parlen duna construcció que existia sencera però que ha sigut colpejada per les ones. Morim perquè abans hem nascut. La causalitat ordena els esdeveniments en el passat, i fins i tot permet fer prediccions més o menys probables sobre el futur.
Entre molts altres processos químics, tots aquells que componen la vida requereixen la causalitat: des de les reaccions que generen lenergia necessària per al funcionament dels nostres òrgans, fins a les que alliberen hormones, envien impulsos elèctrics o canvien les concentracions dions i ens fan pensar, recordar, mourens, riure o estimar.
Sense una fletxa del temps que sempre avancés, no tindríem causalitat. Els vidres de terra podrien aixecar-se i refer espontàniament un got. Els grans de sorra de la platja sordenarien màgicament per regalar-nos un castell. I moriríem sense haver nascut. La fletxa del temps és, per tant, una condició indispensable per a la vida.
El més sorprenent, però, és que aquesta irreversibilitat del temps no està forçada per cap de les lleis físiques que coneixem. No hi ha res, en la física de Newton, en les dues relativitats dEinstein, o fins i tot en lenigmàtica mecànica quàntica de Plank i Schrödinger que digui que la lletra t, que es refereix a la variable temps, només pugui saltar cap endavant. Qualsevol de les fórmules daquests grans models físics amb els quals intentem entendre la natura permeten, almenys matemàticament, que el temps pugui avançar o retrocedir.
Però el cert és que qualsevol de nosaltres trobarà perfectament natural una seqüència dimatges que mostri una pilota rebotant contra terra repetidament, perdent alçada cada cop fins que finalment satura. I en canvi detectarem ràpidament lengany si ens passen la mateixa seqüència a linrevés, amb la pilota rebotant amb més força, més amunt, partint duna posició de repòs sobre el terra.
Què és el que fa que el temps vagi només endavant, almenys en totes les circumstàncies i esdeveniments que coneixem, es produeixin aquí a la Terra o allà fora al cosmos?
El lector em perdonarà si ara confesso que la frase anterior, on deia que cap de les lleis físiques conegudes condiciona la direcció del temps, no era totalment certa. Sí que hi ha un lloc a la física, un únic lloc, on el futur ha danar sempre per davant del passat.
Lunivers que volia augmentar el caos
El segle XIX va ser gloriós per a una part de la ciència que anomenem termodinàmica, que bàsicament estudia els processos físics i químics implicats amb la calor i lenergia.5
Entre els grans noms que destaquen daquella època, es troba un físic i enginyer francès de nom Sadi Carnot. Preocupat per entendre com maximitzar leficiència de les recentment inventades màquines de vapor, Carnot va fer una troballa que marcaria el desenvolupament de la termodinàmica. En concret, va veure que qualsevol màquina, per perfecta que fos, patia una pèrdua de calor durant el seu funcionament. Es podia dissenyar la màquina de forma que reduís aquesta pèrdua, però mai fins a eliminar-la del tot. Aquesta calor perduda es dissipava a laire, i, potser el més important de la troballa, aquest fet no era reversible. És a dir, no hi havia forma natural, espontània, que el procés de pèrdua de calor es produís en sentit contrari. En altres paraules, un cop perduda, la calor (que significa, en el fons, energia malbaratada) ja no es podia recuperar.
Lany 1850, un altre científic francès, Émile Clapeyron, analitzant aquestes pèrdues de calor, va fer un segon pas fonamental, en elevar al rang de llei de la natura un fet aparentment sense més transcendència i amb el qual convivim des que arribem a aquest món: sempre, absolutament sempre, en un sistema aïllat i sense més intervenció externa, la transferència de calor es produeix des del cos més calent cap al més fred. Durant el procés, el primer es va refredant alhora que el segon sescalfa, i la transferència satura quan tots dos cossos queden exactament a la mateixa temperatura.
Potser ara mateix testàs preguntant a què condueix aquesta descoberta, que avui ens sembla tan natural i simple. Com de vegades passa amb la ciència, troballes que semblen insignificants acaben generant una veritable revolució del pensament.
La part que més ens interessa notar en aquest llibre del que va trobar Clapeyron és que aquest flux de calor és sempre unidireccional. De forma natural, mai sha observat el funcionament en sentit contrari, és a dir, que un objecte fred cedeixi calor a un de calent per refredar-se encara més.6
En aquells moments, Clapeyron va definir una nova entitat física, que va anomenar entropia. Lentropia era el sumatori total de cada transferència de calor, dividida per la temperatura, produïda al llarg dun procés. I llavors va postular que, en un sistema aïllat, els processos evolucionen sempre de manera que lentropia creix (és una manera més elegant dexplicar el que deia Carnot sobre la pèrdua de calor en una màquina, i també equival exactament a afirmar que la transferència de calor progressa sempre des del cos més calent al més fred).7
La formulació de laugment de lentropia es coneix com el segon principi de la termodinàmica, una de les lleis aparentment inviolables de la natura, segurament una de les més importants que tenim. La natura tendeix sempre a fer créixer lentropia.
Per seguir avançant en la comprensió de la transcendència del que estem dient, necessitem emprar la imaginació com si fos un potentíssim microscopi que ens permeti observar la natura a petita escala, tal com va fer un importantíssim físic austríac, de nom Ludwig Boltzmann. Armats amb aquest poderós instrument, inspeccionarem el que està passant quan els dos objectes, calent i fred, es posen en contacte.
Si enfoquem la ment sobre el cos més calent, podrem observar miríades de partícules movent-se, agitant-se inquietes, amb espasmes aleatoris. Allò que sembla sòlid es converteix, sota laugment del microscopi imaginari, en un immens conjunt dàtoms i molècules vibrant, desplaçant-se i xocant entre elles. Si ara ens centrem en lobjecte més fred, notarem de seguida la diferència. També certifiquem lexistència duna realitat microscòpica complexa, tumultuosa i aleatòria. Però en aquest cas, i a diferència de la visió anterior, els àtoms que observarem es mouen de forma molt més lenta.