Pero, ¿¡Existe el Tiempo!?

PASADO, PRESENTE Y FUTURO

UNA ILUSIÓN LLAMADA ¡TIEMPO!

El presente trabajo, como otros anteriores, trata de introducir al lector en temas de física y astronomía y, con una gran sencillez, nos transporta al universo de lo muy pequeño en las profundidades del átomo, para visitar a los quarks que forman protones y neutrones en los núcleos o, por el contrario, nos lleva a la inmensidad del cosmos, al universo de lo infinitamente grande, donde habitan los agujeros negros con sus “singularidades” de inmensas densidades e infinitas energías donde el espacio y el tiempo dejan de existir.

Nos habla de las fuerzas de la naturaleza que lo rigen todo y de otros temas de interés, y su único cometido (así lo ptretende el autor), es el de divulgar la ciencia y poner un granito de arena para que esa inmensa “montaña de ignorancia” que nos aplasta, se reduzca un poco.

Como decía Popper, “cuanto más sé y más profundizo en el conocimiento de las cosas, más consciente soy de mi ignorancia. Mis conocimientos son limitados; mi ignorancia, infinita”.

Lo que sí es seguro es el hecho de que quien lea el presente trabajo, cuando finalice, será un poquito más sabio y sus ideas actuales sobre lo que es el tiempo, la densidad crítica, los agujeros negros, el Big Bang o el Big Crunch, habrán cambiado por completo.

Que leáis bien.

 ¡El tiempo! ¿Qué es el tiempo? ¿Cuándo comenzó? ¿Es igual para todos? El tiempo, una cuarta dimensión.

Nos referimos al tiempo en múltiples ocasiones y para distintas situaciones y motivos, como al referirnos a la duración de las cosas sujetas a cambios, época durante la cual ocurrieron unos hechos, edad de los objetos, estación del año, el período de vida de alguien desde que crece hasta que deja de existir, ocasión o coyuntura de hacer algo, cada uno de los actos sucesivos en que dividimos la ejecución de un trabajo, y otros mil temas que requieren la referencia temporal.

En física, el tiempo es la cuarta coordenada espacial en el continuo espacio-tiempo. En gramática es la categoría que indica el momento relativo en que se realiza o sucede la acción del verbo: pretérito, lo que ha sucedido; presente, lo que sucede en ese momento y futuro, lo que aún no ha sucedido. Nos referimos al tiempo meteorológico para explicar el estado del clima (hace mal tiempo; qué tiempo más bueno hace hoy, etc). En mecánica, el tiempo puede estar referido a las fases de un motor. También están los tiempos referidos a cada una de las partes de igual duración en que se divide el compás musical. En astronomía nos referimos al tiempo de aberración en relación al recorrido de un planeta hasta llegar a un observador terrestre. El tiempo está también en la forma de cálculo horario que empleamos en nuestra vida cotidiana para controlar nuestros actos y evitar el caos (¿qué haríamos sin horario de trenes, de comercio, bancos, oficinas, etc?).

El tiempo es tan importante en nuestras vidas que está presente siempre, de mil formas diferentes, desde que nacemos (cuando comienza “nuestro tiempo”), hasta que morimos (cuando “nuestro tiempo ha terminado”). El tiempo siempre está. Es algo que, simplemente, está ahí.

Sin embargo, a pesar de lo importante que es el TIEMPO, no he podido leer nunca una explicación satisfactoria sobre el mismo; una explicación que lo defina con sencillez y claridad sin restarle la importancia que tiene para todos y lo que en realidad es dentro del contexto – no ya de nuestras vidas, simples e insignificantes puntos en la inmensidad del universo – de la naturaleza cósmica de la que formamos parte.

En el año 1.905, Einstein público su teoría de la relatividad especial y desde entonces, el concepto de “tiempo” cambió para el mundo.

Minkowski, un antiguo profesor de Einstein, cuando repasó el trabajo de la relatividad especial, se dio cuenta de que a partir de ese momento se tendría que hablar del continuo espacio-temporal; el espacio y el tiempo dejan de estar separados, dejan de considerarse como entidades distintas, para pasar a estar conectados; conexión que, desde el punto de vista matemático, la dan las transformaciones de Lorentz.

Las transformaciones de Lorentz ponen de manifiesto cómo varía el tiempo, considerado como una cuarta coordenada.

Estamos acostumbrados a considerar el mundo como tridimensional. Para especificar exactamente la posición de un objeto en una habitación, por ejemplo un reloj encima de una mesa, partiremos de un ángulo de la habitación e indicaremos las distancias del reloj a las dos paredes que forman el ángulo y la altura respecto al suelo; la posición del reloj queda globalmente determinada por tres números, esto es, tres coordenadas espaciales.

Pero al hacerlo así no tenemos en cuenta el hecho de que el reloj en cuestión, que estaba encima de la mesa a las diez, puede estar en el dormitorio a las once y ser colocado en el mismo punto de la mesa que ocupaba antes a las once y media. Esto no importa cuando se considera un tiempo absoluto y, por tanto, hay un único reloj para todos los observadores, pero resulta esencial cuando sistemas de referencia en movimiento relativo tienen distintos relojes no sincronizables. Por tanto, todo observador tiene un espacio cuatridimensional (el espacio-tiempo) relativo al propio sistema de referencia.

Las transformaciones de Lorentz son más complejas que las de Galileo, pero tienen la ventaja de eliminar todas las contradicciones halladas anteriormente. Sin embargo, para velocidades muy inferiores a la de la luz, estas nuevas relaciones se reducen a las de Galileo, y sólo se manifiestan grandes diferencias cuando los sistemas de referencia tienen velocidades relativas próximas a la de la luz; entonces, el tiempo transcurre más lentamente para ese hipotético viajero que viaje a esas velocidades relativistas.

La diferencia fundamental entre la mecánica clásica y la mecánica relativista radica en el hecho de que, en el primer caso, la velocidad de un cuerpo es diferente para un observador en reposo y para otro en movimiento, es decir, es un concepto relativo; sin embargo, en el segundo caso la velocidad es un concepto absoluto, no cambia con el movimiento. No obstante, como cociente que es entre dos magnitudes fundamentales, espacio y tiempo, el hecho de que dos velocidades que deben ser diferentes sean iguales obliga a que exista una variación en el espacio y el tiempo. Así, se debe producir un acortamiento de los metros y un retrasamiento del tiempo. En la mecánica de Newton, por el contrario, los metros y los segundos son invariables.

Las transformaciones de Lorentz son un conjunto de ecuaciones que relacionan las coordenadas espacio-tiempo de dos sistemas que se mueven a velocidad constante el uno respecto al otro. Efectivamente, las fórmulas predicen una contracción espacial (contracción conocida como de Lorentz-Fitzgerald) y una dilatación temporal, cuando la velocidad relativa de los dos sistemas se aproximan a la de la luz. Sin embargo, Lorentz se vio obligado a introducir el concepto de tiempo local, que supone que el paso del tiempo varía según el lugar. Einstein se basó en la transformación de Lorentz y la mejoró para el desarrollo de su teoría de la relatividad especial.

El Diccionario Oxford-complutense de Física explica que, cuando se viaja a velocidades relativistas, cercanas a c, se produce lo que conocemos como contracción de Lorentz-Fitzgerald que se concreta en la contracción de un cuerpo móvil en la dirección del movimiento. Fue propuesta independientemente por H. A. Lorentz (1.853 -1.928) y G. E. Fitzgerald (1.851-1.900) en 1892 para explicar el resultado negativo del experimento de Michelson – Morley. A la contracción se le dio el marco teórico en la teoría especial de la relatividad como antes hemos reseñado. La ecuación está definida de la forma siguiente:

De donde se sigue que, L₀ es la longitud en reposo (por ejemplo una barra), L es la longitud cuando el objeto se desplaza a velocidad v y c es la velocidad de la luz.

Si un reloj en reposo mide un intervalo de tiempo t₀, cuando el mismo reloj se halla en movimiento, el mismo intervalo de tiempo está dado por la ecuación (2).

La mecánica clásica estudia los fenómenos a una escala tal que v < c, por lo que estos cambios son apreciables.

Simultaneidad

Esa variación que experimenta el tiempo en la mecánica relativista cuestiona el concepto de simultaneidad, ya que bajo ese punto de vista no es fácil afirmar que dos fenómenos son simultáneos. Si lo son, deben ocurrir en el mismo instante, y para medir ese tiempo debe emplearse un mismo reloj para cada uno de los sucesos.

Lorentz supuso dos sistemas de ejes coordenados que se mueven uno respecto al otro con velocidad v. Las coordenadas de ambos sistemas están relacionadas entre sí según muestran las ecuaciones siguientes:

Siguen otra serie de ecuaciones que, al no ser el presente trabajo de tipo técnico ni para entendidos, no me parece procedente reseñar, y me limitaré a explicaciones escritas, no numéricas que no estarían al alcance de todos.

Así que, en realidad, tanta numerología nos viene a decir que:

• Los objetos se contraen en el sentido de su marcha si sus velocidades son relativistas (cercanas a c, la velocidad de la luz).
• El tiempo se dilata para el viajero que ocupe una nave espacial que corre a la velocidad de la luz o similar. Su tiempo transcurre más despacio que el tiempo de los que quedamos en la Tierra.

De esta forma, podemos demostrar cómo el tiempo es distinto para cada persona, lugar o circunstancia, tendremos tiempos unitarios y tiempos universales.

El transcurrir del tiempo en el universo está referido a un tiempo uniforme igual para todo y para todos. El transcurrir del tiempo de personas individuales o de grupos, en realidad, puede ser distinto del tiempo de otras personas o de otros grupos.

No es lo mismo el transcurrir del tiempo para quien está junto a la persona amada en un lugar paradisíaco que ese mismo periodo de tiempo para quien postrado en el lecho de un hospital sufre continuos dolores. El primero verá pasar el tiempo velozmente, mientras que el segundo lo verá eternizarse. En ambos casos, la noción de tiempo será engañosa según aconseje cada circunstancia; la realidad será que el tiempo transcurrido para ambos es el mismo.

Sin embargo, esta igualdad se rompe si el tiempo que transcurre es medida por un observador que está pendiente del tiempo que pasa en la Tierra y el tiempo que pasa en la nave espacial que partió de ella a 270.000 Km/s con destino a Alfa Centauro, a 4’3 años-luz de nuestro Sol.

El encargado de la medición comprobaría como el tiempo que transcurre es distinto en el planeta Tierra y en la nave espacial, donde debido a su velocidad (cercana a la de la luz) el tiempo transcurre mucho más lento, y se puede dar el caso real de que, al regreso de la nave, sus pasajeros astronautas sólo tengan 8’6 años más, mientras que sus amigos y familiares que a su partida tenía la misma edad, soportarán el transcurso de varias decenas de años y ahora sean viejos.

Así lo demuestra . Son los efectos predichos por la teoría de la relatividad especial de Einstein; los tiempos son relativos al movimiento de los observadores. El reloj viajero es más lento en un factor = ecuación arriba reseñada.

Para poder contestar la pregunta ¿cuándo comenzó el tiempo?, nos vemos obligado a retroceder 13.500 millones de años, hasta lo que conocemos como Big Bang, el origen del universo. Allí, en ese preciso momento, nació el tiempo y el espacio.

El Big Bang es la teoría más acertada del origen y evolución del universo que se originó a partir de un estado inicial de alta temperatura y densidad que, desde entonces, ha estado siempre expandiéndose, y es precisamente esta expansión la que da lugar al espacio (cada vez mayor) que abarca el universo y, al mismo ritmo, crece o transcurre el tiempo inexorable.

El paso del tiempo lo cambia todo; los sistemas se transforman, viven y mueren para dar paso a otros nuevos sistemas. Estrellas que brillan durante miles de millones de años y con el paso del tiempo consumen su material-combustible nuclear y mueren explotando en novas o supernovas para, con su material complejo, contribuir a la formación de nuevas estrellas y planetas e incluso formas de vida.

Todo envejece, se deteriora por la acción de la entropía, del paso del tiempo. Sin embargo, él no cambia, es invariante, continúa su camino mientras que, a su alrededor, las mutaciones son continuas y lo único que permanece inalterable es: el Tiempo.

Me encantaría tener sabiduría para poder exponer de manera más amplia y precisa lo que es el tiempo. Lo que aquí dejo escrito (después de documentarme), es corto y no me deja satisfecho. Cualquier persona mejor preparada lo habría hecho mejor pero, de todas formas, la voluntad que he puesto en este trabajo compensa sus posibles deficiencias y el lector sabrá disculpar las mismas.

De todas las maneras posibles en los que me he detenido a pensar sobre lo que es y supone el tiempo, la que más me impresiona es aquella que me hacer ver claramente que no podemos impedir su transcurrir, que su paso nos llevará hacia la eternidad convertidos en polvo, dejando atrás a los seres queridos que nos gustaría seguir protegiendo, sin llevarnos la certeza de lo que el destino les tiene reservado a sus vidas. Esa incertidumbre me causa una aguda impotencia, casi infinita que, en no pocas ocasiones, llego a sentir como un dolor físico y real causado por un pensamiento profundo del significado y las implicaciones irreversibles que el paso del tiempo nos trae a todos.

Individualmente hablando, el tiempo está bien mientras nos acompaña en nuestro recorrido a lo largo de nuestras vidas; después él continúa su camino mientras nosotros desaparecemos. Colectivamente, el tiempo es muy importante. Cada uno de nosotros hacemos un trabajo y desarrollamos una actividad que se va sumando a la de los demás. Con el tiempo, el trabajo, ese conocimiento adquirido, continúa aumentando y ese tiempo “infinito” es el que necesitamos nosotros y los que vendrán detrás para resolver problemas muy graves que se presentarán en el futuro y que, de poder o no poder resolverlos, dependerá que la humanidad perdure.

El tiempo será la mejor herramienta con la que podemos contar para resolver todos los problemas. Así lo dijo Hilbert:

“Por muy inabordables que parezcan estos problemas, y por muy desamparados que nos encontremos frente a ellos hoy, tenemos la íntima convicción de que debe ser posible resolverlos mediante un número finito de deducciones lógicas. Y para ello, la mejor herramienta es el tiempo; él nos dará todas las respuestas a preguntas que hoy no podemos ni sabemos contestar”.

emilio silvera

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