La memoria que devuelve la entropía ✎

Original: "Relative Entropy Revivals Caused by Memory-Induced Loss of Divisibility in Classical Non-Markovian Dynamics"
· Koichi Nakagawa
arXiv:2602.09054 · 2026-02-07 · arXiv non-exclusive · análisis propio · 2 min
Cuando un sistema recuerda su pasado, su camino hacia el equilibrio puede retroceder temporalmente.

La orquesta empieza a tocar al unísono, pero un director oculto cambia durante un segundo la dirección de su batuta. Así también un sistema que tiende al equilibrio da de pronto un paso atrás.

En los procesos markovianos, donde el futuro depende solo del presente, la distancia al equilibrio (medida por la entropía relativa) disminuye de forma monótona, como la arena en un reloj de arena. Pero si el sistema recuerda su historia, esa flecha del tiempo puede titubear. Antes ya se habían observado estos resurgimientos de la entropía, pero no se entendía qué mecanismo mínimo los provocaba.

Aquí la memoria se parece a un director oculto: no cambia las notas, pero retrasa algunos golpes de batuta. Por eso la orquesta se descompasa un instante, aunque la partitura siga siendo la misma.

El autor construyó los modelos más simples con dos y tres estados y un núcleo de memoria exponencial. Resultó que, cuando el tiempo de memoria es comparable al tiempo de relajación, el generador efectivo adquiere elementos no diagonales negativos. Esto significa la pérdida de la divisibilidad estocástica: la evolución ya no se puede descomponer en pasos markovianos sucesivos. Entonces la demostración estándar de la monotonía deja de funcionar, y la entropía relativa puede crecer temporalmente: surge un sobrepaso.

El experimento numérico mostró que, con memoria corta, la dinámica es casi markoviana y la entropía disminuye. Con memoria larga, la retroalimentación retardada de una variable oculta invierte temporalmente la relajación, como un director que durante un instante hace retroceder a la orquesta.

En el modelo de dos estados, el sobrepaso se manifiesta como un proceso transitorio oscilante cuya amplitud crece al aumentar el tiempo de memoria. En el modelo de tres estados, los diagramas de fases separan claramente los regímenes, y la frontera corresponde a la estimación γ ~ λ. Esto confirma que el sobrepaso de la entropía es una consecuencia robusta de la pérdida de divisibilidad, y no un artefacto de condiciones iniciales especiales.

La orquesta vuelve a tocar al unísono. Pero ahora está claro que la breve vacilación no fue una casualidad, sino obra de la memoria, que por un momento devolvió el sistema al pasado.

En el caso markoviano, la entropía relativa desempeña el papel de función de Lyapunov, que garantiza el acercamiento irreversible al equilibrio. La pérdida de divisibilidad significa que la evolución no puede dividirse en pasos markovianos sucesivos, y entonces la flecha del tiempo habitual puede volverse hacia atrás durante un breve intervalo.

\frac{dP(t)}{dt} = \int_0^t K(t-\tau) P(\tau) d\tau
La velocidad de cambio de las probabilidades en el instante t depende de toda la historia previa a través del núcleo K.
K(t) = \gamma e^{-\gamma t} R
La memoria decae exponencialmente con velocidad γ, y R es el generador markoviano.
F(t) = D_{KL}(P(t) \| \pi) = \sum_i P_i(t) \ln \frac{P_i(t)}{\pi_i}
Medida de la distancia informativa de la distribución actual respecto a la estacionaria π.
Científicos
Ludwig BoltzmannJames Clerk MaxwellRudolf ClausiusJacob BekensteinStephen HawkingEdward Witten
Conceptos
entropía de Boltzmann entropía gravedad entrópica flecha del tiempo cadena de Markov relajación tasa de amortiguamiento brecha de energía tiempo de relajación corrección logarítmica irreversibilidad sombra entrópica