La segunda ley de la termodinámica introduce la asimetría temporal, o flecha del tiempo. El Universo es por definición un sistema aislado, además el modelo actual del Universo dinámico y en expansión se ajusta a la existencia de una flecha del tiempo, cuya dirección discurriría desde el big bang hacia el futuro. El problema se plantea a la hora de hacer compatible la entropía del Universo, regida por la segunda ley de la termodinámica, y las ecuaciones de la relatividad general y de la mecánica cuántica que son simétricas en el tiempo especialmente las primeras, en tanto en cuanto la reducción del paquete de ondas dentro del formalismo mecánico-cuántico es asimétrica temporalmente. En la actualidad se piensa que la solución a este problema vendrá de la mano de la construcción una teoría de la gravitación cuántica, una teoría cuántica de la estructura del espacio-tiempo, para lo que el estudio de los agujeros negros se revela como el camino más factible, los trabajos de Roger Penrose y Stephen Hawking van en esta dirección.
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