Hace ya mucho que sabemos que el tiempo y la entropía son dos conceptos íntimamente entrelazados. También conocida como ‘flecha del tiempo’ la entropía, o desorden, tiende a crecer a medida que el tiempo pasa. El Universo entero va pasando en su continuo devenir de un estado de menor entropía a otro con entropía más alta. Y lo que miden los relojes es precisamente eso.
La imparable marcha hacia un nivel de entropía cada vez mayor es lo que explica, por ejemplo, por qué la mayoría de los procesos físicos pueden avanzar en el tiempo en una única dirección (la flecha del tiempo), pero nunca retroceder. Resulta sencillo mezclar leche con el café, pero sería extremadamente complicado volver a separar las dos cosas.
El estado de desorden general, por lo tanto, aumenta sin que podamos hacer nada por evitarlo. Pasamos nuestra vida entera luchando contra el desorden. Construimos casas (sistema ordenado) a base de materiales dispersos (sistema desordenado). Inventamos máquinas de todo tipo cuya finalidad última es, precisamente, la de frenar, aunque sea temporalmente, el avance de todas las cosas hacia un estado cada vez más desordenado.
Todo es inútil, porque al hacerlo consumimos energía, y esa energía, indefectiblemente, se disipa alrededor en forma de calor, lo que hace que, pese a nuestros esfuerzos, la entropía general del Universo siga aumentando. Eso implica que incluso un simple reloj en marcha va haciendo aumentar la entropía a medida que va marcando los segundos y las horas.
En experimentos anteriores, los físicos ya habían calculado que para pequeños relojes cuánticos existe una relación directa entre la máxima precisión posible de sus tic tacs y la cantidad de entropía emitida. Pero los relojes más grandes son demasiado complejos para que tales cálculos puedan llevarse a cabo con éxito. Por lo tanto, no estaba claro si esa regla también se aplicaba a los relojes no cuánticos, es decir, a los convencionales.
Para probar cuánta entropía se liberaba en cada tic tac de un reloj no cuántico, los investigadores decidieron construir uno extremadamente simple. De modo que Ares y sus colegas fabricaron un reloj a partir de una delgada membrana, de apenas unas decenas de nanómetros de grosor y de 1,5 mm de largo, suspendida entre dos palos. Al enviar una señal eléctrica al dispositivo, la membrana se curvaba repetidamente hacia arriba y hacia abajo, en un movimiento de flexión que se repetía a intervalos regulares, igual que el tic tac constante de un reloj. Una antena registraba todos esos movimientos.
Cuanto más potente era la señal eléctrica enviada, más preciso era el reloj. Y a medida que aumentaba su precisión, el mayor calor producido por el circuito hacía que también la entropía aumentara al mismo tiempo.
El resultado indica a las claras que la relación directa de los relojes cuánticos con la entropía también puede aplicarse a otros tipos de relojes. Según escriben los investigadores, «mostramos teóricamente que la máxima precisión posible para este reloj clásico es proporcional a la entropía creada por tic, similar al límite conocido para un reloj cuántico», de modo que «encontramos que existe una relación lineal entre la precisión y la entropía».
Sin embargo, Ares y sus colegas sólo probaron con un tipo de reloj, por lo que algunos científicos no tienen aún del todo claro si la relación entre precisión y entropía puede aplicarse a todos los relojes en general. Otros, por el contrario, sospechan que la relación sí que puede ser universal y que revela, por tanto, un aspecto fundamental del funcionamiento de los relojes.
De hecho, para que un reloj funcione de forma fiable, debe por fuerza seguir una dirección preferida en el tiempo. Y si no creara entropía, sería igual de probable que se moviera hacia adelante que hacia atrás. Por eso, cuanta más entropía cree el reloj, esto es, cuanto más preciso sea, menos probable será también que el mecanismo sufra fluctuaciones, con pasos temporales hacia atrás que degradarían su precisión.
Por lo tanto, si la precisión de todos los relojes debe pagar el precio de una mayor entropía, ese ‘pago’ podría estar reflejando un estrecho vínculo entre el paso del tiempo y su medición. O lo que es lo mismo, la precisión de un reloj podría depender de la entropía que es capaz de crear.
El nuevo estudio (Measuring the thermodynamic cost of timekeeping) fue aceptado el 31 de marzo en Physical Review X.
https://journals.aps.org/prx/accepted/20079K7fGb41fc0c851061651bfded6801b0de3e0
