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No es un telón de fondo, una ilusión o un fenómeno emergente, el tiempo tiene un tamaño físico que se puede medir en los laboratorios.
Según Albert Einstein, nuestra experiencia del pasado, presente y futuro no es más que 'una ilusión obstinadamente persistente'. Según Isaac Newton, el tiempo no es más que un telón de fondo, fuera de la vida. Y según las leyes de la termodinámica, el tiempo no es más que entropía y calor. En la historia de la física moderna, nunca ha habido una teoría ampliamente aceptada en la que sea fundamental un sentido del tiempo en movimiento y direccional. Muchas de nuestras descripciones más básicas de la naturaleza, desde las leyes del movimiento hasta las propiedades de las moléculas y la materia, parecen existir en un universo donde el tiempo realmente no pasa. Sin embargo, investigaciones recientes en una variedad de campos sugieren que el movimiento del tiempo podría ser más importante de lo que la mayoría de los físicos suponían.
Una nueva forma de física llamada teoría de ensamblaje sugiere que un sentido del tiempo en movimiento y direccional es real y fundamental. Sugiere que los objetos complejos de nuestro Universo que han sido creados por la vida, incluidos los microbios, las computadoras y las ciudades, no existen fuera del tiempo: son imposibles sin el movimiento del tiempo. Desde esta perspectiva, el paso del tiempo no es sólo intrínseco a la evolución de la vida oa nuestra experiencia del Universo. También es el tejido material en constante movimiento del Universo mismo. El tiempo es un objeto. Tiene un tamaño físico, como el espacio. Y se puede medir a nivel molecular en laboratorios.
La unificación del tiempo y el espacio cambió radicalmente la trayectoria de la física en el siglo XX. Abrió nuevas posibilidades sobre cómo pensamos sobre la realidad. ¿Qué podría hacer la unificación de tiempo y materia en nuestro siglo? ¿Qué sucede cuando el tiempo es un objeto?
Fo Newton, se fijó el tiempo. En sus leyes del movimiento y la gravedad, que describen cómo los objetos cambian su posición en el espacio, el tiempo es un telón de fondo absoluto. El tiempo newtoniano pasa, pero nunca cambia. Y es una visión del tiempo que perdura en la física moderna, incluso en las funciones de onda de la mecánica cuántica, el tiempo es un telón de fondo., no es una característica fundamental. Para Einstein, sin embargo, el tiempo no era absoluto. Era relativo a cada observador. Describió nuestra experiencia del paso del tiempo como "una ilusión obstinadamente persistente". El tiempo einsteiniano es el que se mide por el tictac de los relojes; el espacio se mide con las marcas de las reglas que registran las distancias. Al estudiar los movimientos relativos de los relojes y las reglas, Einstein pudo combinar los conceptos de cómo medimos el espacio y el tiempo en una estructura unificada que ahora llamamos "espacio-tiempo". En esta estructura, el espacio es infinito y todos los puntos existen a la vez. Pero el tiempo, como lo describió Einstein, también tiene esta propiedad, lo que significa que todos los tiempos, pasado, presente y futuro, son igualmente reales. El resultado a veces se llama un 'universo de bloque', que contiene todo lo que ha sucedido y sucederá.en el espacio y el tiempo. Hoy en día, la mayoría de los físicos apoyan la noción del universo de bloques.
Pero el universo de bloques se rompió incluso antes de que llegara. A principios del siglo XIX, casi un siglo antes de que Einstein desarrollara el concepto de espacio-tiempo, Nicolas Léonard Sadi Carnot y otros físicos ya cuestionaban la noción de que el tiempo era un telón de fondo o una ilusión. Estas preguntas continuarían en el siglo XIX cuando físicos como Ludwig Boltzmann también comenzaron a pensar en los problemas que surgieron con un nuevo tipo de tecnología: el motor.
Aunque los motores podían reproducirse mecánicamente, los físicos no sabían exactamente cómo funcionaban. La mecánica newtoniana era reversible; los motores no lo eran. El sistema solar de Newton funcionaba igualmente bien avanzando o retrocediendo en el tiempo. Sin embargo, si conduce un automóvil y se queda sin combustible, no puede hacer funcionar el motor en reversa, recuperar el calor generado y quemar el combustible. Los físicos en ese momento sospechaban que los motores debían cumplir con ciertas leyes, incluso si esas leyes eran desconocidas. Lo que encontraron fue que los motores no funcionan a menos que pase el tiempo y tenga una dirección. Aprovechando las diferencias de temperatura, los motores impulsan el movimiento del calor de las partes calientes a las partes frías. A medida que avanza el tiempo, la diferencia de temperatura disminuye y se puede realizar menos 'trabajo'. Esta es la esencia de la segunda ley determodinámica (también conocida como la ley de la entropía) que fue propuesta por Carnot y luego explicada estadísticamente por Boltzmann. La ley describe la forma en que un motor puede realizar un "trabajo" menos útil a lo largo del tiempo. De vez en cuando debe repostar su automóvil, y la entropía siempre debe aumentar.
¿Vivimos realmente en un universo que no necesita el tiempo como característica fundamental?
Esto tiene sentido en el contexto de motores u otros objetos complejos, pero no es útil cuando se trata de una sola partícula. No tiene sentido hablar de la temperatura de una sola partícula porque la temperatura es una forma de cuantificar la energía cinética promedio de muchas partículas. En las leyes de la termodinámica, el flujo y la direccionalidad del tiempo se consideran una propiedad emergente en lugar de un telón de fondo o una ilusión, una propiedad asociada con el comportamiento de un gran número de objetos. Si bien la teoría termodinámica introdujo cómo el tiempo debería tener una direccionalidad en su paso, esta propiedad no era fundamental. En física, las propiedades 'fundamentales' se reservan para aquellas propiedades que no pueden describirse en otros términos. la flecha del tiempoen termodinámica, por lo tanto, se considera 'emergente' porque puede explicarse en términos de conceptos más fundamentales, como la entropía y el calor.
Charles Darwin, que trabajó entre la era de la máquina de vapor de Carnot y el surgimiento del universo de bloques de Einstein, fue uno de los primeros en ver claramente cómo debe existir la vida en el tiempo. En la oración final de El origen de las especies (1859), capturó con elocuencia esta perspectiva: '[Mientras] este planeta ha ido ciclando de acuerdo con la ley fija de la gravedad, desde un comienzo tan simple, infinitas formas más bellas y más maravillosas han sido y están siendo evolucionadas.' La llegada de las 'formas infinitas' de Darwin solo puede explicarse en un universo donde el tiempo existe y tiene una clara direccionalidad.
Durante los últimos miles de millones de años, la vida ha evolucionado de organismos unicelulares a organismos multicelulares complejos. Ha evolucionado de sociedades simples a ciudades repletas, y ahora es un planeta potencialmente capaz de reproducir su vida en otros mundos. Estas cosas tardan en llegar a existir porque solo pueden emerger a través de los procesos de selección y evolución.
Creemos que la intuición de Darwin no es lo suficientemente profunda. La evolución describe con precisión los cambios observados en diferentes formas de vida, pero hace mucho más que esto: es el único proceso físico en nuestro Universo que puede generar los objetos que asociamos con la vida. Esto incluye bacterias, gatos y árboles, pero también cosas como cohetes, teléfonos móviles y ciudades. Ninguno de estos objetos fluctúa hacia la existencia espontáneamente, a pesar de lo que los relatos populares de la física moderna puedan afirmar que puede suceder. Estos objetos no son casualidades al azar. En cambio, todos requieren que se haga una 'memoria' del pasado en el presente. Deben producirse a lo largo del tiempo, un tiempo que avanza continuamente. Y, sin embargo, según Newton, Einstein, Carnot, Boltzmann y otros, el tiempo o no existe o simplemente emerge.
TLos tiempos de la física y de la evolución son incompatibles. Pero esto no siempre ha sido obvio porque la física y la evolución tratan con diferentes tipos de objetos. La física, particularmente la mecánica cuántica, se ocupa de objetos simples y elementales: quarks, leptones y partículas portadoras de fuerza del Modelo Estándar. Debido a que estos objetos se consideran simples, no requieren "memoria" para que el Universo los fabrique (suponiendo que haya suficiente energía y recursos disponibles). Piense en la 'memoria' como una forma de describir el registro de acciones o procesos que se necesitan para construir un objeto determinado. Cuando llegamos a las disciplinas que se relacionan con la evolución, como la química y la biología, encontramos objetos que son demasiado complejos para ser producidos en abundancia instantáneamente (incluso cuando la energía y los materiales están disponibles). Requieren memoria, acumulada a lo largo del tiempo, a ser producido. Como entendió Darwin, algunos objetos pueden llegar a existirsólo a través de la evolución y la selección de ciertas 'grabaciones' de la memoria para realizarlas.
Esta incompatibilidad crea una serie de problemas que solo pueden resolverse alejándose radicalmente de las formas actuales en que la física aborda el tiempo, especialmente si queremos explicar la vida. Si bien las teorías actuales de la mecánica cuántica pueden explicar ciertas características de las moléculas, como su estabilidad, no pueden explicar la existencia de ADN, proteínas, ARN u otras moléculas grandes y complejas. Del mismo modo, se dice que la segunda ley de la termodinámica da origen a la flecha del tiempo y explicaciones de cómo los organismos convierten la energía, pero no explica la direccionalidad del tiempo, en el que se construyen infinitas formas a lo largo de escalas de tiempo evolutivas sin equilibrio final ni calor. -Muerte para la biosfera a la vista. La mecánica cuántica y la termodinámica son necesarias para explicar algunas características de la vida, pero no son suficientes.
Estos y otros problemas nos llevaron a desarrollar una nueva forma de pensar sobre la física del tiempo, a la que hemos llamado teoría de ensamblaje. Describe cuánta memoria debe existir para que una molécula o combinación de moléculas, los objetos de los que está hecha la vida, lleguen a existir. En la teoría de ensamblaje, esta memoria se mide a lo largo del tiempo como una característica de una molécula centrándose en la memoria mínima requerida para que esa molécula (o moléculas) exista. La teoría de ensamblaje cuantifica la selección al hacer del tiempo una propiedad de los objetos que podrían haber surgido solo a través de la evolución.
Comenzamos a desarrollar esta nueva física considerando cómo surge la vida a través de cambios químicos. La química de la vida opera combinatoriamente cuando los átomos se unen para formar moléculas, y las posibles combinaciones crecen con cada enlace adicional. Estas combinaciones están hechas de aproximadamente 92 elementos naturales, que los químicos estiman que pueden combinarse para construir hasta 10 60 moléculas diferentes: 1 seguido de 60 ceros.Para volverse útil, cada combinación individual tendría que replicarse miles de millones de veces; piense en cuántas moléculas se requieren para hacer incluso una sola célula, y mucho menos un insecto o una persona. Hacer copias de cualquier objeto complejo lleva tiempo porque cada paso requerido para ensamblarlo implica una búsqueda en la inmensidad del espacio combinatorio para seleccionar qué moléculas tomarán forma física.
Los espacios combinatorios parecen aparecer cuando existe vida.
Considere las proteínas macromoleculares que los seres vivos usan como catalizadores dentro de las células. Estas proteínas están hechas de bloques de construcción moleculares más pequeños llamados aminoácidos, que se combinan para formar cadenas largas, típicamente entre 50 y 2000 aminoácidos de largo. Si todas las proteínas posibles de 100 aminoácidos de longitud se ensamblaran a partir de los 20 aminoácidos más comunes que forman proteínas, el resultado no solo llenaría nuestro Universo sino 10 23 universos.
El conjunto Lego Taj Mahal es equivalente a una molécula compleja en esta analogía. Reproducir un objeto específico, como un juego de Lego, de una manera que no sea aleatoria requiere una selección dentro del espacio de todos los objetos posibles. Es decir, en cada etapa de la construcción, se deben seleccionar objetos o conjuntos de objetos específicos de la gran cantidad de combinaciones posibles que se podrían construir. Además de la selección, también se requiere "memoria": se necesita información en los objetos que existen para ensamblar el nuevo objeto específico, que se implementa como una secuencia de pasos que se pueden completar en un tiempo finito, como las instrucciones necesarias para construir el Lego Taj. Mahal. Los objetos más complejos requieren más memoria para existir.
En la teoría del ensamblaje, los objetos crecen en su complejidad con el tiempo a través del proceso de selección. A medida que los objetos se vuelven más complejos, aumentarán sus partes únicas, lo que significa que la memoria local también debe aumentar. Esta 'memoria local' es la cadena causal de eventos en la forma en que el objeto es primero 'descubierto' por selección y luego creado en múltiples copias. Por ejemplo, en la investigación sobre el origen de la vida, los químicos estudian cómo se unen las moléculas para convertirse en organismos vivos. Para que un sistema químico emerja espontáneamente como 'vida', debe autorreplicarse formando, o catalizando, redes autosostenibles de reacciones químicas. Pero, ¿cómo 'sabe' el sistema químico qué combinaciones hacer? Podemos ver la 'memoria local' en acción en estas redes de moléculas que han 'aprendido' a unirse químicamente de ciertas maneras. A medida que aumentan los requisitos de memoria, la probabilidad de que un objeto se haya producido por casualidad se reduce a cero porque el número de combinaciones alternativas que no se seleccionaron es demasiado alto. Un objeto, ya sea un Lego Taj Mahal o una red de moléculas, puede producirse y reproducirse solo con memoria y un proceso de construcción. Pero la memoria no está en todas partes, es local en el espacio y el tiempo. Esto significa que un objeto se puede producir solo donde hay una memoria local que puede guiar la selección de qué partes van a dónde y cuándo.
En la teoría del ensamblaje, 'selección' se refiere a lo que ha surgido en el espacio de combinaciones posibles. Se describe formalmente a través del número de copia y la complejidad de un objeto. El número de copias o concentración es un concepto utilizado en química y biología molecular que se refiere a cuántas copias de una molécula están presentes en un volumen de espacio determinado. En la teoría del ensamblaje, la complejidad es tan significativa como el número de copias. Una molécula altamente compleja que existe solo como una sola copia no es importante. Lo que es de interés para la teoría del ensamblaje son las moléculas complejas con un alto número de copias, lo que es una indicación de que la molécula ha sido producida por evolución. Esta medida de complejidad también se conoce como el "índice de ensamblaje" de un objeto. Este valor está relacionado con la cantidad de memoria física requerida para almacenar la información para dirigir el montaje de un objeto y establecer una direccionalidad en el tiempo de lo simple a lo complejo. Y, mientras que la memoria debe existir en el entorno para que el objeto exista, en la teoría de ensamblaje la memoria también es uncaracterística física intrínseca del objeto. De hecho, es el objeto.
Life son pilas de objetos que construyen otros objetos que construyen otros objetos: son objetos que construyen objetos, todo el camino hacia abajo. Algunos objetos surgieron hace relativamente poco tiempo, como los 'químicos para siempre' sintéticos hechos de compuestos químicos organofluorados. Otras surgieron hace miles de millones de años, como las células vegetales fotosíntesis. Diferentes objetos tienen diferentes profundidades en el tiempo. Y esta profundidad está directamente relacionada tanto con el índice de ensamblaje de un objeto como con el número de copia, que podemos combinar en un número: una cantidad llamada 'Ensamblaje', o A. Cuanto mayor sea el número de ensamblaje, más profundo está un objeto en el tiempo.
Para medir el ensamblaje en un laboratorio, analizamos químicamente un objeto para contar cuántas copias de una molécula determinada contiene. Luego inferimos la complejidad del objeto, conocida como su índice de ensamblaje molecular, contando el número de partes que contiene. Estas partes moleculares, como los aminoácidos en una cadena de proteínas, a menudo se infieren determinando el índice de ensamblaje molecular de un objeto, un número de ensamblaje teórico. Pero no estamos infiriendo teóricamente. Estamos 'contando' los componentes moleculares de un objeto utilizando tres técnicas de visualización: espectrometría de masas, espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) e infrarrojos. Sorprendentemente, la cantidad de componentes que hemos contado en moléculas se asigna a sus números de ensamblaje teóricos. Esto significa que podemos medir el índice de ensamblaje de un objeto directamente con equipo de laboratorio estándar.
Un número de ensamblaje alto (un índice de ensamblaje alto y un número de copia alto) indica que algo en su entorno puede hacerlo de manera confiable. Esto podría ser una célula que construye moléculas de alto ensamblaje como las proteínas, o un químico que produce moléculas con un valor de ensamblaje aún mayor, como el fármaco contra el cáncer Taxol (paclitaxel). Los objetos complejos con un alto número de copias no surgieron al azar, sino que son el resultado de un proceso de evolución o selección. No se forman por una serie de encuentros casuales, sino por selección en el tiempo . Más específicamente, una cierta profundidad en el tiempo.
Es como lanzar al aire las 5.923 piezas de Lego Taj Mahal y esperar que se unan espontáneamente.
Este es un concepto difícil. Incluso a los químicos les resulta difícil comprender esta idea, ya que es fácil imaginar que las moléculas 'complejas' se forman por interacciones fortuitas con su entorno. Sin embargo, en el laboratorio, las interacciones aleatorias a menudo conducen a la producción de "alquitrán" en lugar de objetos de alto ensamblaje. El alquitrán es la peor pesadilla de un químico, una mezcla desordenada de moléculas que no se pueden identificar individualmente. Se encuentra con frecuencia en los experimentos sobre el origen de la vida. En el experimento de la 'sopa prebiótica' del químico estadounidense Stanley Milleren 1953, los aminoácidos que se formaron al principio se convirtieron en un desastre de pegote negro no identificable si el experimento se llevó a cabo demasiado tiempo (y los investigadores no impusieron ninguna selección para evitar que se produjeran los cambios químicos). El problema en estos experimentos es que el espacio combinatorio de posibles moléculas es tan amplio para objetos de alto ensamblaje que no se producen moléculas específicas en gran abundancia. 'Alquitrán' es el resultado.
Es como lanzar al aire las 5.923 piezas del juego Lego Taj Mahal y esperar que se unan, espontáneamente, exactamente como especifican las instrucciones. Ahora imagine tomar las piezas de 100 cajas del mismo juego de Lego, lanzarlas al aire y esperar 100 copias del mismo edificio. Las probabilidades son increíblemente bajas y podrían ser cero, si la teoría del ensamblaje está en el camino correcto. Es tan probable como que un huevo roto se reforme espontáneamente.
Pero, ¿qué pasa con los objetos complejos que ocurren naturalmente sin selección o evolución? ¿Qué pasa con los copos de nieve , los minerales y los complejos sistemas de tormentas? A diferencia de los objetos generados por evolución y selección, estos no necesitan ser explicados a través de su 'profundidad en el tiempo'. Aunque son complejos individualmente, no tienen un valor de ensamblado alto porque se forman aleatoriamente y no requieren memoria para ser producidos. Tienen un número de copias bajo porque nunca existen en copias idénticas. No hay dos copos de nieve iguales, y lo mismo ocurre con los minerales y los sistemas de tormentas.
ALa teoría del ensamblaje no solo cambia la forma en que pensamos sobre el tiempo, sino también la forma en que definimos la vida misma. Al aplicar este enfoque a los sistemas moleculares, debería ser posible medir si una molécula fue producida por un proceso evolutivo. Eso significa que podemos determinar qué moléculas podrían haber sido creadas solo por un proceso vivo, incluso si ese proceso involucra químicas diferentes a las de la Tierra. De esta manera, la teoría de ensamblaje puede funcionar como un sistema universal de detección de vida que funciona midiendo los índices de ensamblaje y el número de copias de moléculas en muestras vivas o no vivas.
En nuestros experimentos de laboratorio , encontramos que solo las muestras vivas producen moléculas de alto ensamblaje. Nuestros equipos y colaboradores han reproducido este hallazgo utilizando una técnica analítica llamada espectrometría de masas, en la que las moléculas de una muestra se "pesan" en un campo electromagnético y luego se rompen en pedazos usando energía. Romper una molécula en pedazos nos permite medir su índice de ensamblaje contando el número de partes únicas que contiene. A través de esto, podemos calcular cuántos pasos se requirieron para producir un objeto molecular y luego cuantificar su profundidad en el tiempo con equipo de laboratorio estándar.
Para verificar nuestra teoría de que los objetos de alto ensamblaje solo pueden ser generados por la vida, el siguiente paso consistió en probar muestras vivas y no vivas. Nuestros equipos han podido tomar muestras de moléculas de todo el sistema solar, incluidos diversos sistemas vivos, fosilizados y abióticos en la Tierra. Estas muestras sólidas de piedra, hueso, carne y otras formas de materia se disolvieron en un solvente y luego se analizaron con un espectrómetro de masas de alta resolución que puede identificar la estructura y las propiedades de las moléculas. Descubrimos que solo los sistemas vivos producen moléculas abundantes con un índice de ensamblaje por encima de un valor determinado experimentalmente de 15 pasos. El límite entre 13 y 15 es nítido, lo que significa que las moléculas creadas por procesos aleatorios no pueden pasar de 13 pasos.Creemos que esto es indicativo de una transición de fase en la que la física de la evolución y la selección deben tomar el relevo de otras formas de física para explicar cómo se formó una molécula.
Estos experimentos verifican que solo los objetos con un número de ensamblaje suficientemente alto, moléculas altamente complejas y copiadas, parecen encontrarse en la vida. Lo que es aún más emocionante es que podemos encontrar esta información sin saber nada más sobre la molécula presente. La teoría de ensamblaje puede determinar si las moléculas de cualquier parte del Universo se derivaron de la evolución o no, incluso si no sabemos qué química se está utilizando.
La posibilidad de detectar sistemas vivos en otras partes de la galaxia es emocionante, pero más emocionante para nosotros es la posibilidad de un nuevo tipo de física y una nueva explicación de la vida. Como medida empírica de objetos únicamente producibles por evolución, Assembly abre una teoría más general de la vida. Si la teoría se sostiene, su implicación filosófica más radical es que el tiempo existe como una propiedad material de los objetos complejos creados por la evolución. Es decir, así como Einstein radicalizó nuestra noción de tiempo al unificarlo con el espacio, la teoría del ensamblaje apunta a una concepción del tiempo radicalmente nueva al unificarlo con la materia.
La teoría de ensamblaje explica los objetos evolucionados, como moléculas complejas, biosferas y computadoras.
Es radical porque, como apuntábamos, el tiempo nunca ha sido fundamental en la historia de la física. Newton y algunos físicos cuánticos lo ven como un telón de fondo. Einstein pensó que era una ilusión. Y, en el trabajo de quienes estudian la termodinámica, se entiende simplemente como una propiedad emergente. La teoría de ensamblaje trata el tiempo como algo fundamental y material: el tiempo es la materia de la que están hechas las cosas en el Universo. Los objetos creados por selección y evolución solo pueden formarse a través del paso del tiempo. Pero no pienses en este tiempo como el tictac medido de un reloj o una secuencia de años calendario. El tiempo es un atributo físico. Piénselo en términos de ensamblaje, una propiedad intrínseca medible de la profundidad o el tamaño de una molécula en el tiempo.
Esta idea es radical porque también permite que la física explique el cambio evolutivo. La física ha estudiado tradicionalmente objetos que el Universo puede ensamblar espontáneamente, como partículas elementales o planetas. La teoría de ensamblaje, por otro lado, explica los objetos evolucionados, como moléculas complejas, biosferas y computadoras. Estos objetos complejos existen solo a lo largo de linajes donde se ha adquirido información específica para su construcción.
Si seguimos esos linajes hacia atrás, más allá del origen de la vida en la Tierra hasta el origen del Universo, sería lógico sugerir que la 'memoria' del Universo era menor en el pasado. Esto significa que la capacidad del Universo para generar objetos de alto ensamblaje está fundamentalmente limitada por su tamaño en el tiempo. Así como un camión semirremolque no cabe dentro de un garaje doméstico estándar, algunos objetos son demasiado grandes en el tiempo para aparecer en intervalos que son más pequeños que su índice de ensamblaje. Para que objetos complejos como las computadoras existan en nuestro Universo, muchos otros objetos deben formarse primero: estrellas, elementos pesados, vida, herramientas, tecnología y la abstracción de la computación. Esto lleva tiempo y depende críticamente de la ruta debido a la contingencia causal de cada innovación realizada. Es posible que el Universo primitivo no haya sido capaz de computar tal como lo conocemos, simplemente porque aún no existía suficiente historia. El tiempo tenía que pasar y materializarse materialmente a través de la selección de los objetos constituyentes de la computadora. Lo mismo ocurre con las estructuras de Lego, los grandes modelos de lenguaje, los nuevos fármacos, la 'tecnosfera' o cualquier otro objeto complejo.
Las consecuencias de que los objetos tengan un valor intrínsecola profundidad material en el tiempo es de largo alcance. En el universo de bloques, todo se trata como estático y existente a la vez. Esto significa que los objetos no pueden ordenarse por su profundidad en el tiempo, y la selección y la evolución no pueden usarse para explicar por qué existen algunos objetos y otros no. Reconceptualizar el tiempo como una dimensión física de la materia compleja y establecer una direccionalidad para el tiempo podría ayudarnos a resolver tales preguntas. Hacer que el tiempo sea material a través de la teoría del ensamblaje unifica varios conceptos filosóficos desconcertantes relacionados con la vida en un marco medible. En el corazón de esta teoría se encuentra el índice de ensamblaje, que mide la complejidad de un objeto. Es una forma cuantificable de describir el concepto evolutivo de selección mostrando cuántas alternativas fueron excluidas para producir un objeto dado. Cada paso en el proceso de ensamblaje de un objeto requiere información, memoria, para especificar qué debe y no debe agregarse o cambiarse. Al construir el Lego Taj Mahal, por ejemplo, debemos seguir una secuencia específica de pasos, cada uno de los cuales nos dirige hacia el edificio final. Cada paso en falso es un error, y si cometemos demasiados errores no podemos construir una estructura reconocible. Copiar un objeto requiere información sobre los pasos que antes se necesitaban para producir objetos similares.
Esto convierte a la teoría del ensamblaje en una teoría causal de la física, porque la estructura subyacente de un espacio de ensamblaje (la gama completa de combinaciones requeridas) ordena las cosas en una cadena de causalidad. Cada paso se basa en un paso previamente seleccionado y cada objeto se basa en un objeto previamente seleccionado. Si elimináramos algún paso en una ruta de ensamblaje, el objeto final no se produciría. Las palabras de moda a menudo asociadas con la física de la vida, como 'teoría', 'información', 'memoria', 'causalidad' y 'selección', son materiales porque los propios objetos codifican las reglas para ayudar a construir otros objetos 'complejos'. Este podría ser el caso de la catálisis mutua, donde los objetos se fabrican recíprocamente. Así, en la teoría del ensamblaje, el tiempo es esencialmente lo mismo que la información, la memoria, la causalidad y la selección. Todos se vuelven físicos porque asumimos que son características de los objetos descritos en la teoría, no las leyes de cómo se comportan estos objetos. La teoría de ensamblaje reintroduce un sentido del tiempo en movimiento y en expansión en la física al mostrar cómo pasaes el material del que están hechos los objetos complejos: el tamaño del futuro aumenta con la complejidad.
Tsu nueva concepción del tiempo podría resolver muchos problemas abiertos en la física fundamental. El primero y principal es el debate entre determinismo y contingencia. Einstein dijo célebremente queDios 'no juega a los dados', y muchos físicos todavía se ven obligados a concluir que el determinismo se mantiene y nuestro futuro está cerrado. Pero la idea de que las condiciones iniciales del Universo, o cualquier proceso, determinen el futuro siempre ha sido un problema. En la teoría del ensamblaje, el futuro está determinado, pero no hasta que suceda. Si lo que existe ahora determina el futuro, y lo que existe ahora es más grande y rico en información que en el pasado, entonces los futuros posibles también crecen a medida que los objetos se vuelven más complejos. Esto se debe a que existe más historia en el presente a partir de la cual ensamblar nuevos estados futuros. Tratar el tiempo como una propiedad material de los objetos que crea permite generar novedad en el futuro.
La novedad es crítica para nuestra comprensión de la vida como un fenómeno físico. Nuestra biosfera es un objeto que tiene al menos 3.500 millones de años según la medida del tiempo del reloj (el ensamblaje es una medida de tiempo diferente). Pero, ¿cómo empezó la vida? ¿Qué permitió a los sistemas vivos desarrollar inteligencia y conciencia? La física tradicional sugiere que la vida "surgió". El concepto de emergenciacaptura cómo parecen aparecer nuevas estructuras en niveles más altos de organización espacial que no podrían predecirse desde niveles más bajos. Los ejemplos incluyen la humedad del agua, que no se predice a partir de moléculas de agua individuales, o la forma en que las células vivas están hechas de átomos no vivos individuales. Sin embargo, los objetos que la física tradicional considera emergentes se vuelven fundamentales en la teoría de ensamblajes. Desde esta perspectiva, la 'emergencia' de un objeto (cuán lejos se aparta de las expectativas de un físico de los bloques de construcción elementales) depende de qué tan profundo se encuentra en el tiempo. Esto nos señala hacia los orígenes de la vida, pero también podemos viajar en la otra dirección.
Si estamos en el camino correcto, la teoría del ensamblaje sugiere que el tiempo es fundamental. Sugiere que el cambio no se mide con relojes, sino que está codificado en cadenas de eventos que producen moléculas complejas con diferentes profundidades en el tiempo. Reunidos a partir de la memoria local en la inmensidad del espacio combinatorio, estos objetos registran el pasado, actúan en el presente y determinan el futuro. Esto significa que el Universo se está expandiendo en el tiempo, no en el espacio, o tal vez el espacio emerge del tiempo, como sugieren muchas propuestas actuales de la gravedad cuántica. Aunque el Universo puede ser completamente determinista, su expansión en el tiempo implica que el futuro no se puede predecir por completo, ni siquiera en principio. El futuro del Universo es más abierto de lo que podríamos haber predicho.
El tiempo puede ser un tejido en constante movimiento a través del cual experimentamos que las cosas se unen y se separan. Pero la tela hace más que moverse: se expande. Cuando el tiempo es un objeto, el futuro es del tamaño del Universo.
