1.6. ¿Por qué el pasado es diferente?

¿Por qué nuestro razonamiento se ha extraviado tan lamentablemente, cuando en apariencia es el mismo razonamiento que de manera convincente parecía llevarnos a esperar que la Segunda Ley debe ser válida, con aplastante probabilidad, para la evolución futura de un sistema físico ordinario? El problema con el razonamiento, tal como lo he expuesto, está en la hipótesis de que la evolución puede considerarse efectivamente «aleatoria» con respecto a las regiones de grano grueso. Por supuesto no es realmente aleatoria, como se ha señalado, puesto que está determinada de forma precisa por las leyes dinámicas (por ejemplo, de Newton). Pero hemos considerado que no hay un sesgo particular en este comportamiento dinámico, con respecto a esas regiones de grano grueso, y esta hipótesis parecía buena para la evolución futura. Sin embargo, cuando consideramos la evolución pasada, encontramos que manifiestamente no es así. Hay mucho sesgo, por ejemplo, en el comportamiento de la evolución pasada del huevo, que, visto desde una perspectiva de tiempo invertido, parecería estar guiado de manera inexorable, mediante acciones excepcionalmente improbables aunque todas de acuerdo con las leyes dinámicas, desde un estado de amasijo original hasta el estado extraordinariamente improbable de un huevo en equilibrio, completo e intacto, en el borde de la mesa. Si tal comportamiento fuera observado en el comportamiento dirigido hacia el futuro se consideraría una forma imposible de teleología o magia. ¿Por qué consideramos tal comportamiento claramente focalizado como algo perfectamente aceptable si está dirigido hacia el pasado, mientras que es rechazado como científicamente inaceptable si está dirigido hacia el futuro?

La respuesta —aunque apenas es una «explicación física»— es simplemente que esta «teleología del pasado» es una experiencia común, mientras que la «teleología del futuro» es simplemente algo que nunca encontramos. Pues es sencillamente un hecho del universo observado el que no encontremos tal «teleología del futuro»; el que se cumpla la Segunda Ley es simplemente un hecho observacional. En el universo que conocemos no parece que las leyes dinámicas estén guiadas de ninguna manera hacia un objetivo futuro y puede considerarse que no tienen ninguna relación con regiones de grano grueso; mientras que tal «orientación» de las curvas de evolución en las direcciones pasadas es un lugar común. Si examinamos la curva de evolución en su comportamiento pasado, parece estar buscando «deliberadamente» regiones de grano grueso cada vez más pequeñas. Si no consideramos esto extraño es simplemente porque es una parte muy familiar de nuestra experiencia cotidiana. La experiencia de un huevo que rueda hasta el borde de una mesa y se aplasta contra la alfombra que hay en el suelo no se considera extraña, mientras que una película de este suceso pasada al revés sí parece extraordinariamente singular, y representa algo que, en la dirección ordinaria del tiempo, no es parte de nuestra experiencia ordinaria del mundo físico. Tal «teleología» es perfectamente aceptable si estamos mirando hacia el pasado, pero no es una característica de nuestra experiencia que se aplica hacia el futuro.

De hecho, podemos entender esta aparente teleología del pasado en el comportamiento si simplemente suponemos que el propio origen de nuestro universo estaba representado en el espacio de fases por una región de grano grueso excepcionalmente minúscula, de modo que el estado inicial del universo tenía una entropía especialmente pequeña. Mientras podamos considerar que las leyes dinámicas son tales que hay un grado adecuado de continuidad en el modo en que se comporta la entropía del universo, como ya se ha señalado, entonces todo lo que necesitamos suponer es que el estado inicial del universo —que llamamos el Big Bang— tenía, por alguna razón, una entropía extraordinariamente minúscula (un carácter minúsculo que, como veremos en la parte siguiente de este libro, tiene un carácter bastante sutil). La apropiada continuidad de la entropía implicaría entonces un aumento relativamente gradual de la entropía del universo a partir de entonces (en la dirección normal del tiempo), lo que nos da un tipo de justificación teórica de la Segunda Ley. Así pues, la cuestión clave es el carácter especial del Big Bang, y la extraordinaria menudencia de la región de grano grueso inicial que representa la naturaleza de este estado inicial especial.

La cuestión de la especialidad del Big Bang es central para los argumentos de este libro. En §2.6 veremos cuán extraordinariamente especial debe haber sido realmente el Big Bang y tendremos que afrontar la naturaleza muy particular de este estado inicial. Los profundos enigmas que esto plantea nos llevarán más adelante a la extraña línea de pensamiento que proporciona el tema distintivo que subyace en este libro. Pero, por el momento, nos limitamos a tomar nota del hecho de que una vez que aceptamos que un estado tan extraordinariamente especial dio origen al universo que conocemos, entonces la Segunda Ley en la forma en que la observamos, es una consecuencia natural. Con tal de que no haya un correspondiente estado último de baja entropía del universo, o algo semejante, que nos proporcione una exigencia teleológica de que la curva de evolución del universo tenga que terminar en alguna otra región «futura» extraordinariamente minúscula en , nuestro razonamiento para el aumento de entropía en la dirección temporal futura parece ser perfectamente aceptable. Es la ligadura de baja entropía inicial, que exige que la curva de evolución tenga su origen dentro de la región extraordinariamente minúscula, la que nos da una base teórica para la Segunda Ley que realmente observamos en nuestro universo.

No obstante, deberíamos abordar algunos puntos clarificadores antes de aventurarnos (en la Parte 2) en un examen más detallado del estado del Big Bang. En primer lugar, se ha argumentado a veces que la existencia de una Segunda Ley no guarda ningún misterio, pues nuestra experiencia del paso del tiempo depende de una entropía en aumento como parte de lo que constituye nuestra sensación consciente del paso del tiempo; de modo que cualquiera que sea la dirección del tiempo que creamos que es el «futuro», debe ser aquella en la que la entropía aumenta. Según este argumento, si la entropía hubiera estado disminuyendo con respecto a algún parámetro temporal t, entonces nuestra sensación consciente de flujo temporal se proyectaría en la dirección invertida, de modo que consideraríamos que los pequeños valores de t yacen en lo que pensamos que es nuestro «futuro» y los valores grandes en nuestro «pasado». Por consiguiente consideraríamos que el parámetro t es el inverso de un parámetro temporal normal, de modo que la entropía seguiría aumentando en lo que experimentamos como el futuro. Entonces, así dice el argumento, nuestras experiencias psicológicas del paso del tiempo serían siempre tales que la Segunda Ley es válida, independientemente de la dirección física del avance de la entropía.

Sin embargo, incluso dejando aparte la naturaleza muy dudosa de cualquiera de estos argumentos basados en «nuestra experiencia del avance del tiempo» —cuando no sabemos casi nada sobre qué prerrequisitos físicos podrían ser requeridos para la «experiencia consciente»—, este argumento yerra el punto crucial de que la propia utilidad de la noción de entropía depende de que nuestro universo esté enormemente lejos del equilibrio térmico, de modo que regiones de grano grueso que son mucho más pequeñas que _max están implicadas en nuestra experiencia común. Además de esto, el hecho mismo de que la entropía sea uniformemente creciente o uniformemente decreciente depende de que la realidad de uno u otro extremo (pero no de ambos) de la curva de evolución en el espacio de fases esté limitada a una muy minúscula región de grano grueso, y esto sólo ocurre para una pequeñísima fracción de las posibles historias de universo. Lo que necesita una explicación es el tamaño muy minúsculo de la región de grano grueso que parece haber encontrado nuestra curva de evolución, y esta cuestión no se ve en absoluto afectada por el argumento que se ha mencionado antes.

A veces se argumenta (quizá en conjunción con lo anterior) que la presencia de una Segunda Ley es un prerrequisito esencial para la vida, de modo que seres vivos como nosotros sólo podrían existir en un universo (o una época del universo) en el que es válida la Segunda Ley, siendo esta ley un ingrediente necesario de la selección natural, etc. Éste es un ejemplo de «razonamiento antrópico» y volveré brevemente a esta cuestión general en §3.2 (final) y §3.3. Cualquiera que sea el valor que pueda tener este tipo de argumento en otros contextos, aquí resulta casi inútil. Una vez más, el muy dudoso aspecto de dicho razonamiento está en que no tenemos una comprensión mucho mayor de los requisitos físicos para la vida que la que tenemos para la consciencia. Pero incluso aparte de esto, e incluso suponiendo que la selección natural es un prerrequisito esencial de la vida, y que requiere la Segunda Ley, esto sigue sin ofrecer ninguna explicación al hecho de que la misma Segunda Ley que opera aquí en la Tierra parece ser válida en todas partes del universo observable hasta distancias mucho más grandes que las que son relevantes para las condiciones locales, tales como galaxias a miles de millones de años luz, y para tiempos muy anteriores a los comienzos de la vida en la Tierra.

Otro punto que hay que tener en cuenta es el siguiente. Si no suponemos la Segunda Ley, o que el universo se originó en un estado inicial extraordinariamente especial, o algo de la misma naturaleza, entonces no podemos utilizar la «improbabilidad» de la existencia de vida como premisa para una derivación de la Segunda Ley que opera en tiempos anteriores al presente. Por curioso y anti intuitivo que pueda parecer (si no suponemos a priori la Segunda Ley), ¡sería mucho menos probable que la creación de vida llegara por medios naturales, ya sea por selección natural o por cualquier otro proceso aparentemente «natural», que por una creación «milagrosa» simplemente a partir de colisiones aleatorias de las partículas constituyentes! Para ver por qué debe ser así, examinemos de nuevo nuestra curva de evolución en el espacio de fases . Si consideramos la región de grano grueso que representa nuestra Tierra actual, rebosante de vida como está, y preguntamos por la forma más probable en que puede haberse llegado a esta situación, entonces encontramos de nuevo que —como sucedía en nuestra secuencia de regiones de grano grueso enormemente decrecientes …, ₃′, ₂′, ₁′, ₀ considerada en §1.5— la forma «más probable» en que se hubiera alcanzado habría sido a través de alguna secuencia correspondiente de regiones de grano grueso …, ₃′, ₂′, ₁′, de volumen enormemente decreciente, que representan un ensamblaje de vida, teleológico y de aspecto completamente aleatorio, completamente diferente a lo que realmente sucedió, lo que está en violento desacuerdo con la Segunda Ley en lugar de ofrecer una demostración de la misma. Por consiguiente, la mera existencia de vida no proporciona, por sí misma, ningún argumento para la plena validez de la Segunda Ley.

Habría que abordar aquí un último punto que tiene que ver con el futuro. He argumentado que el hecho de que la Segunda Ley, con su consecuencia de una enorme ligadura sobre el estado inicial, sea válida en nuestro universo es una simple cuestión de observación. También es una simple cuestión de observación el que no parezca haber una correspondiente ligadura en el futuro muy remoto. Pero ¿realmente sabemos que esto último sea así? En realidad no tenemos muchas pruebas directas de cómo va a ser, en detalle, el futuro muy remoto. (Las pruebas que tenemos se discutirán en §3.1, §3.2 y §3.4.) Ciertamente podemos decir que no tenemos ningún indicio que sugiera que la entropía pudiera eventualmente empezar a decrecer, y que en última instancia la inversa de la Segunda Ley pudiera ser válida en el futuro. Pese a todo, yo no veo que podamos descartar categóricamente algo semejante para el universo real en el que habitamos. Aunque los ∼ 1,4 × 10¹⁰ años que han transcurrido desde el Big Bang puedan parecer un tiempo muy largo (véase §2.1), y no se hayan observado efectos de una Segunda Ley invertida, ¡este lapso de tiempo no es nada cuando se compara con lo que parece preverse para la duración futura del universo (como abordaré en §3.1)! En un universo obligado a tener una curva de evolución que termina dentro de una región minúscula , su evolución final debe en última instancia empezar a experimentar curiosas correlaciones entre partículas que eventualmente conducirían al tipo de comportamiento teleológico que ahora nos parecería tan extraño como el huevo autorrecompuesto descrito en §1.5.

No hay ninguna incompatibilidad con la dinámica (digamos newtoniana) en el hecho de que la curva de evolución del universo, en su espacio de fases , esté restringida a tener su origen en una muy minúscula región de grano grueso y también a terminar en otra . Habría un número mucho menor de tales curvas que de curvas que simplemente tienen su origen en , pero ya debemos estar acostumbrados al hecho de que las que meramente empiezan en , como parece ser el caso con el universo real en que habitamos, representan una proporción extremadamente minúscula del total de las posibilidades. Las situaciones en que la curva de evolución está forzada a tener ambos extremos en regiones muy minúsculas representarían una fracción aún mucho más minúscula de todas las posibilidades, pero su estatus lógico no es muy diferente, y no podemos descartarlas sin más. Para tales evoluciones habría una Segunda Ley actuando en las etapas tempranas del universo, precisamente como parece ser el caso para el universo que conocemos, pero en las etapas muy tardías encontraríamos que es válida una Segunda Ley invertida, y la entropía decrece finalmente con el tiempo.

Personalmente no considero en absoluto plausible esta posibilidad de que la Segunda Ley pudiera invertirse finalmente, y no tendrá ningún papel importante en la propuesta que presentaré en este libro. Pero debería quedar claro que aunque nuestra experiencia no ofrece ningún indicio de tal inversión final de la Segunda Ley, esta eventualidad no es intrínsecamente absurda. Debemos mantener una mente abierta ante este tipo de posibilidades exóticas, y no debemos descartarlas sin más. En la Parte 3 de este libro haré una propuesta diferente, y también será conveniente tener una mente abierta para apreciar lo que tengo que decir. Pero las ideas se basan en algunos hechos notables acerca del universo de los que podemos estar razonablemente seguros. Así que empecemos la Parte 2 con lo que realmente sabemos acerca del Big Bang.