Un miniuniverso con 24.000 átomos mide el tiempo a partir de cambios

Un experimento realizado con 24.000 átomos ultrafríos ha demostrado que es posible medir el paso del tiempo sin recurrir a un reloj externo. El físico italiano Giovanni Barontini, de la Universidad de Birmingham, ha construido un universo en miniatura capaz de expandirse y contraerse repetidamente. Lo extraordinario es que, dentro de ese sistema, el tiempo puede definirse a partir de los cambios que experimentan sus propios componentes.

La investigación aporta evidencias experimentales de que el tiempo puede surgir de las transformaciones internas de un sistema físico, una posibilidad que algunas teorías de la gravedad cuántica llevan décadas explorando. Los resultados del estudio, publicado en junio de 2026, permiten incluso describir situaciones en las que ese tiempo interno se acelera, se ralentiza o llega a detenerse.

Conviene precisar algo: los científicos no han conseguido paralizar el tiempo real ni han demostrado que este sea una ilusión. El experimento revela que un sistema puede disponer de su propia referencia temporal sin depender de un reloj situado fuera de él. Es una diferencia importante, pero no resta interés al hallazgo.

El trabajo aborda una de las dificultades más profundas de la física moderna: si el universo contiene todo cuanto existe, no puede haber un reloj exterior que marque su evolución. Entonces, ¿de dónde procede el tiempo que utilizamos para describir sus cambios? Barontini ha conseguido reproducir en el laboratorio un escenario en el que esa cuestión puede estudiarse mediante mediciones.

Un universo en miniatura construido con 24.000 átomos

Para desarrollar el experimento, Barontini utilizó aproximadamente 24.000 átomos de rubidio enfriados hasta temperaturas situadas apenas unos milmillonésimos de grado por encima del cero absoluto, equivalente a −273,15 grados Celsius.

En condiciones tan extremas, los átomos pueden formar un condensado de Bose-Einstein, un estado de la materia en el que sus propiedades cuánticas se manifiestan colectivamente. Esto permite observar comportamientos que resultarían mucho más difíciles de estudiar a temperaturas habituales.

El investigador confinó los átomos mediante una trampa óptica y empleó una barrera creada con luz láser para dividir el sistema en dos regiones. Una de ellas era la parte observable, denominada sector luminoso; la otra constituía un sector oscuro, no observado directamente, pero capaz de intercambiar átomos con el primero.

El conjunto permanecía prácticamente aislado del entorno durante el periodo de observación. De esta manera, los cambios relevantes podían estudiarse dentro del propio sistema, sin necesidad de introducir un reloj externo en su descripción matemática.

Los átomos comenzaron a desplazarse entre ambas regiones y la parte observable experimentó sucesivos ciclos de expansión y contracción.

El comportamiento recordaba, a escala experimental, dos procesos cosmológicos: el Big Bang, asociado al comienzo de la expansión del universo, y el Big Crunch, una hipótesis según la cual el cosmos podría terminar contrayéndose hasta colapsar.

No se trata de una reproducción literal del nacimiento y la posible desaparición del universo. El laboratorio utiliza un modelo físico simplificado que permite estudiar determinadas características de esos procesos, especialmente la relación entre los cambios internos y la evolución temporal.

La entropía permite medir el tiempo sin utilizar relojes

La principal aportación del experimento está en la manera de medir el tiempo. En lugar de contar segundos, minutos u horas, Barontini utilizó una propiedad física denominada entropía.

La entropía está relacionada con la distribución de la energía y las distintas configuraciones posibles de un sistema. Habitualmente se explica como una medida del desorden, aunque su significado físico es más amplio.

Un ejemplo cotidiano ayuda a entenderlo. Cuando una gota de tinta cae en un vaso de agua, acaba dispersándose. Podemos distinguir una situación inicial de otra posterior observando cómo ha cambiado su distribución, aunque no tengamos un cronómetro delante. Es una forma sencilla de visualizar cómo los cambios físicos pueden ayudarnos a distinguir diferentes momentos.

En el universo de laboratorio sucede algo parecido, con una diferencia: el investigador utilizó mediciones precisas de la distribución de los átomos y de la entropía intercambiada entre los dos sectores para construir una referencia temporal.

A esta medida la denominó tiempo entrópico.

Lo interesante es que no depende de consultar un reloj externo para establecer el orden de los acontecimientos. Los propios cambios del sistema proporcionan la información necesaria.

El experimento también mostró que la entropía del conjunto permanecía aproximadamente constante dentro de los márgenes de error de las mediciones. Lo que cambiaba era su distribución entre las dos regiones.

De ese intercambio surgía una medida interna del tiempo capaz de ordenar los sucesivos ciclos de expansión y contracción.

Un tiempo que puede acelerarse, ralentizarse o detenerse

Uno de los resultados más llamativos es que el tiempo entrópico no avanza necesariamente a una velocidad constante.

Cuando los átomos intercambian entropía entre las regiones observable y oscura, la medida interna progresa. Si esos intercambios se reducen, su ritmo disminuye. Y cuando dejan de producirse, el reloj entrópico puede detenerse.

El investigador comprobó este comportamiento modificando la barrera que separaba las dos regiones. Al dificultar el paso de los átomos, disminuía el intercambio de entropía y, con él, la velocidad a la que avanzaba el tiempo definido dentro del sistema.

Durante esos intervalos, el tiempo del laboratorio seguía transcurriendo normalmente. Lo que se detenía era la medida temporal construida a partir de los intercambios internos.

El resultado permite distinguir entre el tiempo empleado por un observador externo y una referencia temporal definida exclusivamente mediante las propiedades de un sistema aislado.

También proporciona una explicación experimental de la llamada flecha del tiempo, el concepto que permite diferenciar el pasado del futuro.

Aunque el universo en miniatura se expandía y contraía repetidamente, el tiempo entrópico mantenía una dirección definida. El sistema podía regresar a una configuración espacial semejante a otra anterior sin que eso significara retroceder temporalmente.

El problema del tiempo y su relación con la física cuántica

La investigación adquiere especial relevancia por su conexión con uno de los grandes desafíos de la física: encontrar una descripción compatible de la relatividad general y la mecánica cuántica.

La teoría de la relatividad de Albert Einstein describe el tiempo como parte del espacio-tiempo, cuya geometría depende de la materia y la energía. La mecánica cuántica convencional, por su parte, suele utilizarlo como un parámetro externo para describir cómo evolucionan los sistemas.

Esta diferencia plantea dificultades cuando se intenta desarrollar una teoría cuántica de la gravedad que permita describir el universo completo.

Una de las formulaciones relacionadas con este problema es la ecuación de Wheeler-DeWitt, propuesta en el contexto de la gravedad cuántica. En ella no aparece un parámetro temporal externo equivalente al que utilizamos habitualmente para describir la evolución de las partículas.

Esto ha llevado a distintos investigadores a considerar que el tiempo podría no ser una propiedad fundamental de la naturaleza, sino una característica que aparece cuando se estudian las relaciones entre diferentes componentes de un sistema.

El experimento de Birmingham ofrece un escenario controlado para poner a prueba esa posibilidad.

Barontini no se limitó a observar el movimiento de los átomos. También formuló una versión de la ecuación de Schrödinger, fundamental en mecánica cuántica, utilizando el tiempo entrópico como referencia.

Las soluciones obtenidas mediante ese modelo reprodujeron cuantitativamente la evolución observada en el laboratorio.

Es uno de los aspectos más importantes del trabajo: la medida interna no sirve únicamente para ordenar acontecimientos, sino también para describir matemáticamente cómo cambia el sistema.

La región oscura y su posible relación con la materia oscura

El experimento incorpora otro elemento sugerente: una región que permanece fuera de la observación directa, pero que influye en el comportamiento de la parte visible.

Barontini ha señalado que esta división recuerda, de manera conceptual, a la presencia de materia oscura en el universo.

La materia oscura es uno de los grandes enigmas de la cosmología. Su existencia se infiere principalmente a partir de efectos gravitatorios, aunque todavía se desconoce su composición.

La comparación resulta interesante porque, en ambos casos, una componente que no se observa directamente puede afectar al comportamiento de otra que sí podemos estudiar.

Sin embargo, el sector oscuro del experimento no es materia oscura real. Se trata de una región del condensado atómico definida por el diseño del laboratorio.

El investigador ha planteado como posibilidad explorar si existen conexiones conceptuales entre componentes no observables y la naturaleza del tiempo. Por el momento, el estudio no demuestra ninguna relación física entre la materia oscura del cosmos y el tiempo entrópico.

El experimento abre una nueva vía para estudiar el origen del tiempo

El resultado de Birmingham no resuelve definitivamente qué es el tiempo ni demuestra que nuestro universo funcione exactamente como el modelo de laboratorio.

Lo que consigue es proporcionar una prueba experimental de que una referencia temporal puede construirse a partir de cambios internos, sin introducir un reloj exterior en la descripción del sistema.

Es un avance relevante porque permite estudiar en condiciones controladas una idea que, hasta ahora, se abordaba principalmente desde las matemáticas y la física teórica.

Los siguientes pasos podrían incluir sistemas cuánticos más complejos, otras formas de intercambio de entropía y modelos capaces de reproducir fenómenos cosmológicos diferentes.

También queda por determinar si esta manera de definir el tiempo puede extenderse a situaciones más generales y qué relación mantiene con otras propuestas sobre su origen.

La cuestión fundamental permanece abierta: no sabemos si el tiempo es una propiedad básica del universo o si emerge de las relaciones entre sus componentes.

Pero el experimento introduce una posibilidad que merece atención. Para describir cómo evoluciona un universo, quizá no sea imprescindible disponer de un reloj que marque los segundos desde fuera. Tal vez baste con observar lo que ocurre en su interior.