En el post “¿Cuál es la naturaleza del tiempo?” se ha analizado la esencia del tiempo desde el punto de vista de la física. De éste se han llegado a varias conclusiones que se pueden resumir en los siguientes puntos:
- El tiempo es un observable que emerge a nivel clásico a partir de la realidad cuántica.
- El tiempo está determinado por la secuencia de eventos que determina la dinámica de la realidad clásica.
- El tiempo no es reversible, sino que es un proceso unidireccional determinado por la secuencia de eventos (flecha del tiempo), en el que la entropía crece en la dirección de la secuencia de eventos.
- La realidad cuántica tiene una naturaleza reversible, por lo que la entropía del sistema es constante y por tanto su descripción es un invariante.
- La sincronización espacio-temporal de eventos requiere una conexión íntima del espacio-tiempo a nivel de realidad cuántica, que se deduce de la teoría de la relatividad y del entrelazado cuántico.
Por todo esto, se puede establecer una secuencia de eventos que permite describir la dinámica de un sistema clásico (CS) como:
CS = {… Si-2, Si-1, Si, Si+1, Si+2,…}, donde Si es el estado del sistema en el instante i.
Esta perspectiva tiene como consecuencia que desde un punto de vista perceptivo se pueda definir el pasado como la secuencia {… S-2, S-1}, el futuro como la secuencia {S+1, S+2,…} y el presente como el estado S0.
En este punto es importante destacar que estos estados son perfectamente distinguibles desde una concepción secuencial (tiempo) ya que la cantidad de información de cada estado, determinada por su entropía, verifica que:
H(Si) < H(Si+1) [1].
Por tanto, parece necesario analizar cómo esta secuencia de estados puede ser interpretada por un observador, siendo el proceso de percepción un factor muy destacable en el desarrollo de las teorías filosóficas sobre la naturaleza del tiempo.
Sin entrar en el fundamento de estas teorías, ya que disponemos de referencias exhaustivas sobre el tema [2], nos centraremos en como la secuencia de acontecimientos producida por la dinámica de un sistema puede ser interpretada desde el punto de vista de los mecanismos de percepción [3] y desde la perspectiva que ofrece actualmente los conocimientos sobre Inteligencia Artificial (AI) [4].
No obstante, vamos a hacer un breve apunte sobre lo que significa el tiempo físico. De acuerdo a la teoría de la relatividad el espacio-tiempo es como si en el vacío existiera un entramado de relojes y reglas de medida, formando un sistema de referencia, de tal forma que su geometría depende de los efectos gravitatorios y de la velocidad relativa del propio sistema de referencia del observador. Y es en este punto donde podemos escalar en la interpretación del tiempo si se considera al observador como un ente perceptivo y establecer una relación entre la física y la percepción.
Estructura física del espacio-tiempo
Lo que vamos a tratar a continuación es si la secuencia de estados {… S-2, S-1, S0, S+1, S+2,…} es una realidad física o, por el contrario, es una construcción puramente matemática, de tal forma que el concepto de pasado, presente y futuro sea exclusivamente una consecuencia de la percepción de esta secuencia de estados. Lo que significa que la única realidad física sería el estado del sistema S0, y que las secuencias {… S-2, S-1} y {S+1, Si+2,…} serían una abstracción o ficción creada por el modelo matemático.
El contraste entre estos dos puntos de vista tiene una consecuencia inmediata. En el primer caso, en el que la secuencia de estados tiene realidad física, el sistema físico estaría formado por el conjunto de estados {… S-2, S-1, S0, S+1, S+2,…}, lo que implicaría un comportamiento físico diferente al universo observado, que reforzaría la naturaleza estrictamente matemática de la secuencia de estados.
En la segunda hipótesis sólo existiría una realidad física determinada por el estado del sistema S0, de tal forma que el tiempo físico sería una propiedad emergente, consecuencia de le diferencia de entropía entre estados que los diferenciaría y los haría observables.
Esta concepción debe ser consistente con la teoría de la relatividad, lo cual es posible si se considera que una de las consecuencias de sus postulados es la causalidad del sistema, por lo que la secuencia de eventos es la misma en todos los sistemas de referencia, independientemente de que la geometría espacio-tiempo sea diferente en cada uno de ellos y por tanto las magnitudes espacio-temporales emergentes sean diferentes.
En este punto se podría plantear como postulados fundamentales de la teoría de la relatividad la invariancia de la secuencia de eventos y la covarianza. Pero esto es otro tema.
Presente, pasado y futuro
A partir de esta concepción física del espacio-tiempo, la cuestión que se plantea es como esta realidad física determina o condiciona la percepción del tiempo de un observador.
Así, en el post “el cerebro predictivo” se ha tratado de forma indirecta la capacidad del tejido neuronal para procesar el tiempo, lo que permite a los seres vivos superiores interaccionar con el entorno. Esto requiere no sólo establecer modelos espacio-temporales, sino que precisa hacer predicciones espacio-temporales [5]. Así, la percepción del tiempo requiere discriminar intervalos de tiempo del orden de milisegundos para coordinar en tiempo real los estímulos producidos por los órganos sensores y las acciones para activar los órganos motores. La realización de estas funciones está distribuida en el cerebro e involucra a múltiples estructuras neuronales, tales como los ganglios basales, el cerebelo, el hipocampo y el córtex cerebral [6] [7].
A esto hay que añadir que el cerebro es capaz de establecer líneas temporales a largo plazo, tal como muestra la percepción del tiempo en humanos [8], de tal forma que permite establecer una narrativa de la secuencia de acontecimientos, la cual es influenciada por el interés subjetivo de dichos acontecimientos.
Esto nos indica que cuando hablamos genéricamente de “tiempo” deberíamos establecer el contexto al que nos referimos. Así, cuando hablamos del tiempo físico estaríamos refiriéndonos al tiempo relativista, como el tiempo que transcurre entre dos eventos y que medimos por medio de lo que definimos como un reloj.
Pero cuando nos referimos a la percepción del tiempo, un ente perceptivo, humano o artificial, interpreta el pasado como algo físicamente real, basado en la memoria que nos proporciona la realidad clásica. Pero dicha realidad no existe una vez que la secuencia de eventos a transcurrido, ya que físicamente sólo existe el estado S0, de tal forma que los estados Si, i<0, son sólo una ficción del modelo matemático. De hecho, el propio fundamento del modelo matemático muestra, a través de la teoría del caos [9], que no es posible reconstruir los estados Si, i<0, a partir de S0. De la misma forma no es posible definir los estados futuros, aunque aquí aparece un elemento adicional determinado por el aumento de la entropía del sistema.
Con esto, estamos planteando la hipótesis de que el universo clásico es S≡S0, y que los estados Si, i≠0 no tienen realidad física (¡Otra cosa es el universo cuántico, el cual es reversible, por lo que todos sus estados tienen la misma entropía! Aunque de momento no es más que un conjunto de modelos matemáticos). Coloquialmente, esto significaría que el universo clásico no tienen un repositorio de estados Si. Dicho de otro modo, el universo clásico no tendría memoria de sí mismo.
De esta forma, es S el que soporta los mecanismos de memoria y esto es lo que hace que sea posible hacer una reconstrucción virtual del pasado, dando soporte a nuestros recuerdos, así como a áreas del conocimiento tal como historia, arqueología o geología. De la misma forma, el estado S proporciona la información para hacer una construcción virtual de lo que definimos como futuro, aunque este tema será argumentado más adelante. Sin entrar en detalles, sabemos que en estados anteriores hemos tenido unas vivencias que almacenamos en nuestra memoria y en nuestros álbumes de fotos.
Por tanto, de acuerdo a esta hipótesis se pude concluir que los conceptos de pasado y el futuro no corresponden a una realidad física, ya que las secuencias de estados {… S-2, S-1} y {S+1, S+2,…} no tienen realidad física, puesto que son sólo un artefacto matemático. Esto significa que los conceptos de pasado y futuro son unas construcciones virtuales que se concretan sobre la base del estado presente S, a través de los mecanismos de percepción y de memoria. La pregunta que surge y que trataremos de responder es la relativa a cómo los mecanismos de percepción construyen estos conceptos.
Mecanismos de percepción
Los procesos naturales están determinados por la dinámica del sistema de tal forma que, de acuerdo al modelo propuesto, sólo existe lo que definimos como estado presente S. En consecuencia, si el pasado y el futuro no tienen realidad física, cabe preguntarse si las plantas, los seres inanimados o el propio universo tienen conciencia del paso del tiempo.
Es obvio que para los humanos la respuesta es afirmativa, de lo contrario no estaríamos hablando de ello. Y la razón para ello es la información sobre el pasado contenida en el estado S. Pero para ello es necesario disponer de mecanismos de procesado de información que permitan construir de forma virtual el pasado. De forma análoga, estos mecanismos pueden permitir construir predicciones sobre los estados futuros que constituyen la percepción del futuro [10].
Para ello, la función cognitiva del cerebro requiere la coordinación de la actividad neuronal a diferentes niveles, desde las neuronas, los circuitos neuronales, hasta redes neuronales a gran escala [7]. Como un ejemplo de esto, en el post “El cerebro predictivo” se pone de manifiesto la necesidad de coordinar los estímulos percibidos por los órganos sensores con los órganos motores, con objeto poder interaccionar con el entorno. Y no sólo eso, sino que es imprescindible que el tejido neuronal realice funciones de proceso predictivo [5], superando de estas manera las limitaciones provocadas por los tiempos de respuesta de las neuronas.
Como ya se ha indicado, la percepción del tiempo involucra varias estructuras neuronales, las cuales permiten realizar la medida del tiempo a diferentes escalas. Así, el cerebelo permite establecer una base de tiempos a escala de decenas milisegundos [11], de forma análoga a una métrica espacio-temporal. Puesto que la dinámica de los eventos es algo físico que modifica el estado del sistema S, la medida de estos cambios por el cerebro requiere de un mecanismo físico que memorice estos cambios, de forma análoga a una línea de retardo, la cual parece estar sustentada por el cerebelo.
No obstante, esta estimación del tiempo no puede ser considerada a nivel sicológico como una funcionalidad perceptiva de alto nivel, ya que es solo efectiva dentro de ventanas temporales muy cortas necesarias para la realización de funciones de naturaleza automática o inconsciente. Por esta razón, se podría decir que el tiempo como una entidad física no es percibido por el cerebro a nivel consciente. Así, lo que generalmente definimos como percepción del tiempo es una relación entre eventos que constituyen una historia o una narrativa. Esto involucra procesos de atención, memoria y conciencia soportados de forma compleja en la que intervienen estructuras desde el ganglio basal hasta la corteza cerebral, existiendo enlaces entre los mecanismo de percepción temporal y no temporal [12] [13].
Dada la complejidad del cerebro y de los mecanismos de percepción, atención, memoria y de conciencia de sí mismo, no es posible, al menos de momento, comprender en detalle como los humanos construimos las historias temporales. Afortunadamente, disponemos actualmente de modelos de AI que permiten entender como esto puede ser posible y como a partir de la percepción secuencial de los acontecimientos de la vida diaria se pueden construir historias y narrativas. Un ejemplo paradigmático de esto son los “Large Language Models” (LLMs), basados en técnicas de procesado del lenguaje natural (NLP) y en redes neuronales, son capaces de comprender, resumir, generar y predecir nuevos contenidos y que plantean el debate sobre si podrían surgir capacidades cognitivas humanas en esos modelos genéricos, si se les proporcionan suficientes recursos de proceso y datos de entrenamiento [14].
Sin entrar en este debate, hoy cualquier persona puede comprobar mediante este tipo de aplicaciones (ChatGPT, BARD, Claude, etc.) como se puede construir una historia completamente consistente, tanto en su contenido como en su trama temporal, a partir de las propias experiencias humanas reflejadas en textos escritos con los que estos modelos han sido entrenados.
Tomar como referencia estos modelos proporciona una evidencia sólida sobre la percepción en general y sobre la percepción del tiempo en particular. Sin embargo, hay que destacar que estos modelos muestran además como emergen nuevas propiedades en su comportamiento, a medida que crece su complejidad [15]. Esto da una pista de cómo pueden emerger nuevas capacidades perceptivas o incluso conceptos como la conciencia de uno mismo, aunque este último término es puramente especulativo, y que en el caso de que esto acabe siendo así, plantea el problema tratado en el post “La conciencia desde el punto de vista de la IA” relativo a como saber que un ente es consciente de si mismo.
Pero volviendo al tema que nos ocupa, lo verdaderamente importante desde el punto de vista de la percepción del transcurso del tiempo es como la línea argumental de las historias o las narrativas es una construcción virtual que transciende al tiempo físico. Así, la línea cronológica de los acontecimientos no está referida a una medida del tiempo físico, sino que es una estructura en la que se establece una jerarquía u ordenación en el devenir de los acontecimientos.
Percepción virtual del tiempo
Por tanto se puede concluir que el cerebro sólo requiere hacer una medida del tiempo físico a muy corto plazo, con objeto de poder interactuar con el medio físico. Pero a partir de aquí lo único que se necesita es establecer un orden cronológico sin una referencia precisa del tiempo físico. Así nos podemos referir a una hora, día, mes, año, o una referencia con otro acontecimiento como una manera de ordenar los acontecimientos, pero siempre dentro de un contexto puramente virtual. Esta es una de las razones de como se percibe el transcurso del tiempo, de tal forma que el tiempo virtual se extenderá en función de la cantidad de información o relevancia de los acontecimientos, algo que se pone de manifiesto en situaciones lúdicas o de estrés [16].
Conclusiones
La primera conclusión que resulta del análisis anterior es la existencia de dos concepciones del tiempo. Una es la relativa al tiempo físico que corresponde a la secuencia de estados de un sistema físico y otra es la correspondiente a los estímulos producidos por esta secuencia de estados sobre una inteligencia perceptiva.
Ambos conceptos son esquivos a la hora de su comprensión. Somos capaces de medir con gran precisión el tiempo físico. Sin embargo, la teoría de la relatividad muestra el espacio-tiempo como una realidad emergente que depende del sistema de referencia. Por otra parte, la sincronización de los relojes y el establecimiento de una estructura de medición de espacio puede parecer algo artificioso, orientado simplemente a la comprensión del espacio-tiempo desde el punto de vista de la física. Por otra parte, la compresión de los procesos cognitivos sigue teniendo muchas incógnitas, aunque los nuevos desarrollos en AI permiten intuir su fundamento, lo que arroja cierta luz sobre el concepto de tiempo psicológico.
La interpretación del tiempo como la secuencia de eventos o de estados que ocurren en el seno de un sistema de referencia es consistente con la teoría de la relatividad y además permite justificar de forma sencilla la percepción sicológica del tiempo como una narrativa.
La hipótesis de que el pasado y el futuro no tienen una realidad física y que, por tanto, el universo no guarda registro de la secuencia de estados, sustenta la idea de que estos conceptos son una realidad emergente a nivel cognitivo, de tal forma que la concepción del tiempo a nivel perceptivo se basaría en la información contenida en el estado actual del sistema, exclusivamente.
Desde el punto de vista de la física esta hipótesis no contradice ninguna ley física. Es más, puede ser considerada fundamental en la teoría de la relatividad, ya que asegura un comportamiento causal que resolvería la incógnita sobre la irreversibilidad temporal y a la imposibilidad de viajar tanto al pasado como al futuro. Es más, la invariancia en la secuencia del tiempo sustenta el concepto de causalidad, que es fundamental para que el sistema emergente sea consistente desde el punto de vista lógico.
Bibliografía
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[3] | E. R. Kandel, J. H. Schwartz, S. A. Siegenbaum y A. J. Hudspeth, Principles of Neural Science, The McGraw-Hill, 2013. |
[4] | F. Emmert-Streib, Z. Yang, S. Tripathi y M. Dehmer, «An Introductory Review of Deep Learning for Prediction Models With Big Data,» Front. Artif. Intell., 2020. |
[5] | W. Wiese y T. Metzinger, «Vanilla PP for philosophers: a primer on predictive processing.,» In Philosophy and Predictive Processing. T. Metzinger &W.Wiese, Eds., pp. 1-18, 2017. |
[6] | J. Hawkins y S. Ahmad, «Why Neurons Have Tousands of Synapses, Theory of Sequence Memory in Neocortex,» Frontiers in Neural Circuits, vol. 10, nº 23, 2016. |
[7] | S. Rao, A. Mayer y D. Harrington, «The evolution of brain activation during temporal processing.,» Nature Neuroscience, vol. 4, p. 317–323, 2001. |
[8] | V. Evans, Language and Time: A Cognitive Linguistics Approach, Cambridge University Press, 2013. |
[9] | R. Bishop, «Chaos: The Stanford Encyclopedia of Philosophy, Edward N. Zalta (ed).,» Bishop, Robert, “Chaos”, The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Spring 2017 Edition), Edward N. Zalta (ed.), 2017. [En línea]. Available: https://plato.stanford.edu/archives/spr2017/entries/chaos/. [Último acceso: 7 9 2023]. |
[10] | A. Nayebi, R. Rajalingham, M. Jazayeri y G. R. Yang, «Neural Foundations of Mental Simulation: Future Prediction of Latent Representations on Dynamic Scenes,» arXiv.2305.11772v2.pdf, 2023. |
[11] | R. B. Ivry, R. M. Spencer, H. N. Zelaznik y J. Diedrichsen, «Ivry, Richard B., REBECCA M. Spencer, Howard N. Zelaznik and Jörn Diedrichsen. The Cerebellum and Event Timing,» Ivry, Richard B., REBECCA M. Spencer, Howard N. Zelaznik and Jörn DiedrichAnnals of the New York Academy of Sciences, vol. 978, 2002. |
[12] | W. J. Matthews y W. H. Meck, «Temporal cognition: Connecting subjective time to perception, attention, and memory.,» Psychol Bull., vol. 142, nº 8, pp. 865-907, 2016. |
[13] | A. Kok, Functions of the Brain: A Conceptual Approach to Cognitive Neuroscience, Routledge, 2020. |
[14] | J. Wei, Y. Tay, R. Bommasani, C. Raffel, B. Zoph, S. Borgeaud, D. Yogatama, M. Bosma, D. Zhou, D. Metzler, E. H. Chi, T. Hashimoto, O. Vinyals, P. Liang, J. Dean y W. Fedus, «Emergent Abilities of Large Language Models,» Transactions on Machine Learning Research. https://openreview.net/forum?id=yzkSU5zdwD, 2022. |
[15] | T. Webb, K. J. Holyoak y H. Lu, «Emergent Analogical Reasoning in Large Language Models,» Nature Human Behaviour, vol. 7, p. 1526–1541, 3 8 2023. |
[16] | P. U. Tse, J. Intriligator, J. Rivest y P. Cavanagh, «Attention and the subjective expansion of time,» Perception & Psychophysics, vol. 66, pp. 1171-1189, 2004. |