La pregunta más difícil de todos los tiempos

Author: erincon Fecha:Mayo 26, 2019 / Etiquetas: tiempo, Física, Einstein, gravedad, recomendado
El tiempo es una de las incognitas a la que intentamos darle una explicación a lo largo de nuestra historia. Imagen del agujero negro en la galaxia M87 captada por el  Event Horizon Telescope (EHT) el 10 de abril de 2019 Representación tridimensional del espacio-tiempo. Las curvaturas en el plano se dan por la masa de los cuerpos. Ph: ScienceNews*

por Efraín Rincón

 

Hace unas semanas, exactamente el 10 de abril, apareció una imagen que ponía en evidencia lo que habían supuesto, con lápiz y papel, mentes como la de Albert Einstein, cien años atrás. Se trató de la primera imagen captada de un agujero negro (o bueno, de su silueta). Es el agujero negro supermasivo de la galaxia M87, que tiene una masa de 6.500 millones de veces la del sol.

 

Imagen del agujero negro en la galaxia M87 captada por el Event Horizon Telescope (EHT) el 10 de abril de 2019. Ph: BBC

 

Esta imagen, que parece una rosquilla del Huila,  nace de un esfuerzo colaborativo de dos años y gracias al Event Horizon Telescope (EHT),  un proyecto que juntó a ocho radiotelescopios de todo el mundo, para que pudiéramos ver una imagen de algo que sucedió prácticamente hace 55 millones de años. 55 M-I-L-L-O-N-E-S. Es decir que lo que vemos en esa imagen es lo que ocurrió apenas se formaba el Himalaya, la cordillera más alta de la Tierra.

 

Pero, ¿qué quiere decir esto de tomarle una “foto” a un agujero negro?  Para Santiago Vargas, doctor en astrofísica y profesor del Observatorio Astronómico de la Universidad Nacional de Colombia, esta fue una hazaña mundial “pues es como si pudiéramos ver desde la Tierra a una manzana en la superficie de la Luna”. Pero más allá de esto, la imagen comprueba una vez más que Einstein, y otra cantidad de físicos, tenían razón. Tenían razón de algo que solo existía en sus cabezas y que rompía con la forma cómo entendíamos la realidad en este planeta: “Efectivamente, las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, que se llaman ‘ecuaciones de campo de Einstein’, tienen soluciones que dan lugar a los agujeros negros”, comenta Vargas. La teoría de Einstein los predijo aunque él no creía en ellos.

 

Resulta que la teoría que planteó Einstein rompió con la forma con la que, por muchos años, entendíamos el tiempo. Pero antes de meternos con ecuaciones y teorías físicas, hay que dejar claro que históricamente lo que reconocemos como tiempo surge de observar nuestro entorno y evidenciar el paso de algo. Un cambio. El sol en el cielo, las sombras o el día y la noche son fenómenos que nos dieron nociones temporales para llegar después a mediciones más precisas como la hora, los minutos o los segundos. ¡Tic-Tac! —O unas más flexibles, lo que en Colombia definimos como  “hora larguita”, la “media horita”o “deme un segundo, por favor” —.

 

A lo largo de nuestra Historia, el tiempo, como lo concebimos, ha estado estrechamente relacionado con la cultura. La religión y la mitología marcaron una temporalidad de la humanidad. Por un lado, en la mayoría de civilizaciones hay una experiencia circular del tiempo que aún se encuentran en la India, por ejemplo. Por el otro, sociedades con una temporalidad lineal nacen de una visión judeo-cristiana-musulmana.

 

La experiencia marca la manera en que se mide el tiempo, y la observación a los astros y el cielo, principalmente en poblaciones que viven en regiones con estaciones, se usa para establecer tiempos de cultivo y cosecha. Más adelante, todavía en la ‘Época Colonial de América’, el tiempo tiene una connotación asociada a una experiencia ‘orgánica’ y a la mano. “Todavía lo usamos. Cuando uno va a Santander, se encuentra con gente que mide el tiempo en tabacos. La distancia de un lugar a otro es un tabaco”, Cuenta Jaime Borja, doctor en historia y profesor en la Universidad de los Andes. Borja explica que no fue sino hasta después del siglo XVI que existe una conciencia del tiempo, que  a la vez se relaciona con una conciencia del individuo y la de un capital. El tiempo tiene una función.

 

Ya hacia el siglo XVIII, con la “tiranía del reloj” y la revolución industrial capitalista, el tiempo se convierte en una medición de la experiencia individual y la acumulación de la riqueza. “Esto es muy protestante. Para los protestantes, dios se manifiesta en la riqueza y la riqueza es tiempo”, cuenta Borja. Para él, son sociedades regidas por “el tiempo es oro”, una frase que se iba a extender al siglo XX.  Más adelante, gracias a hallazgos antropológicos, arqueológicos y paleontológicos que han permitido reconstruir la historia evolutiva y de la Tierra, se quiebra el entendimiento del tiempo propuesto por teorías bíblicas. Esta experiencia del tiempo en el siglo XX es la que nos define en la actualidad y da cabida a que la ciencia se haga nuevas preguntas.

 

Además, el tiempo, como lo entendemos, parte de nuestra percepción — ¿este año como que se está pasando más rápido, no?— Estar el mismo tiempo en un bus o una bicicleta en Bogotá, puede parecer más o menos demorado. Todo, todo depende de cada uno. Dentro de la neurología, la fisiología y la psicología se ha estudiado cómo cambia nuestra percepción del tiempo con la edad, las experiencias o las sustancias que puedan alterar los sentidos. Por ejemplo, a medida que nos hacemos viejos, tendemos a pensar que el tiempo se pasa más rápido. Según lo han explicado algunas teorías, esto es porque  el número de eventos memorables que tenemos con el tiempo son menos que esas primeras veces en nuestra juventud —las primeras fiestas de cumpleaños, ese primer beso o la primera borrachera— O, simplemente, porque la misma presión que sentimos nos hace percibir que el tiempo no es suficiente para todo lo que tenemos que hacer [¡Hola, Bogotá!].

 

Quizás de ahí venga esa frase de siempre, la que aparece luego de una sensación de angustia o peligro: “vi mi vida entera pasar ante mis ojos”. Hablamos de que una persona, que en promedio ha vivido treinta años, 10.950 días,  946.080.000 segundos, puede verlos en ¿cuánto? ¿Quince segundos, diez, cinco, uno? De eso se trata la percepción.

 

Salgámonos por un momento de nuestras cabezas, del ritmo de todos los días, de esa idea que nos hacemos, la de saber que el tiempo de alguna otra manera pasa, y preguntémonos ¿cómo lo definimos? Después de  tanto indagar sobre esta cuestión [Va un abrazo a Kepler y Galileo], llegó el siglo XVII y con él Isaac Newton. La física clásica newtoniana reconoce al tiempo como absoluto e independiente de lo que ocurre por ahí. Algo así como el flujo de un río que no se detiene o devuelve, que sigue su curso. Un contínuo que no percibimos y que se puede definir solamente con las matemáticas. Es, junto al espacio, ese escenario donde ocurre la acción y la reacción. La manera en que la física de Newton, o su mecánica clásica, describe la realidad es muy cercana a nuestra intuición. Durante casi dos siglos después de Newton, con algunas excepciones, la mayoría de los científicos aceptaron al espacio y el tiempo absolutos y fundamentales en la descripción física de la naturaleza.

 

Pero con la llegada de las ecuaciones de electromagnetismo y el estudio de la luz el cuento cambió, y acoplarla a las leyes de Newton estaba complejo —¿No cierto, Maxwell?— Ante miradas distintas entre el electromagnetismo de James Clerk Maxwell y los postulados clásicos de Newton, apareció la de otro físico que, quizás con los otros dos, han sido las mentes más grandes en la historia de la física ¡Un saludo a Albert Einstein y su teoría de la relatividad! En el universo ya no hay un tiempo absoluto, más bien es relativo. Lo único absoluto es la velocidad de la luz.

 

—¿Les ha pasado que están en un trancón, y de repente empiezan a moverse? Pero quedan locos cuando se dan cuenta de que son los otros carros los que se mueven y no ustedes—.  Esto se relaciona con los marcos de referencia, pues dependiendo de dónde uno esté parado, lo que observamos no es lo mismo. “Con el tiempo pasa algo similar, y en la teoría de la relatividad lo que nos dice Einstein es que el tiempo no se mide de manera igual si yo estoy en un marco o en otro, dependiendo de cómo se mueven esos marcos”, explica Vargas, el astrofísico. Si decidimos saber la velocidad de una bicicleta que pasa cerca a nosotros, sería necesario medir la distancia que recorrió y saber el tiempo que le tomó hacerlo. Ahora, si decidimos correr al lado de la bici y hacemos las mismas mediciones, seguramente la distancia relativa que recorrió sea menor. —¿Pero qué pasa si intentamos medir el desplazamiento de un rayo de luz?— Supongamos que la bicicleta pudiera ir a la velocidad de la luz, y si hacemos el mismo experimento de tomar la medición cuando nos movemos, nos damos cuenta de que la distancia recorrida disminuye. —Bueno hasta ahí normal… Un momento… ¡Wowww!, pero si la velocidad de la luz es absoluta— Como en la velocidad la distancia está en función del tiempo, quiere decir que la única manera que esta velocidad se mantenga igual sería que disminuyera el tiempo. De esta manera, el tiempo de un cuerpo en movimiento pasa más lento que el de uno en reposo.  Que el tiempo se dilate por el movimiento hace parte de lo que Einstein llamó como la Teoría de la Relatividad Especial (1905) ¿Pero no que el tiempo era absoluto? No. —Sorry, Newton—.

 

Sin embargo, la velocidad y el movimiento no lo son todo para que el tiempo sea relativo.Desde la teoría de la relatividad general, el tiempo es una dimensión más. Entonces, tú tienes tres dimensiones espaciales y una temporal: el tiempo”, explica Vargas [ y con guiño a Hermann Minkowski]. De acuerdo a la relatividad, el espacio-tiempo —Sí. No espacio, no tiempo, sino ESPACIO-TIEMPO. Uno solo— es el escenario donde ocurre todo en el universo. Va esta analogía (en tres dimensiones) del espacio-tiempo: Imagínense una telaraña, muy organizada ella, donde cada intersección son coordenadas espacio-temporales, “Si le lanzo una pelota a la telaraña, entonces la deformo”, agrega Vargas a su explicación. En principio todos  los cuerpos que poseen una masa tienen un efecto más o menos perceptible. Pero piensen en estos ‘objetos’ de mucha masa en el universo, como las galaxias, las estrellas, los planetas, las estrellas de neutrones, que deforman o curvan —Sí, con mayúsculas, CURVAN este ‘tejido’ llamado espacio-tiempo. Así que, según la Teoría de la Relatividad General, propuesta por Einstein en 1915, la gravedad vendría siendo como una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo. Gracias a eso, técnicamente, la Tierra orbita alrededor del Sol o la Luna alrededor de la Tierra, porque el escenario donde se mueven es curvo.

 

Representación tridimensional del espacio-tiempo. Las curvaturas en el plano se dan por la masa de los cuerpos. Ph: ScienceNews*

 

Ahora imaginen esta analogía: supongan una sábana templada, como si fuera el espacio-tiempo, a la que le arrojamos una masa. La sábana experimenta una deformación en un lugar. Ahora, esta deformación causada por el objeto distorsiona el espacio circundante y también el tiempo, “El tiempo alrededor de la masa está más contraído que afuera (más alejado) en donde no tiene tanta incidencia la masa” agrega Vargas. Así que si arrojamos otro objeto, este se verá atraído al primero por esta curvatura. Entonces, respecto al tiempo, este será distinto dependiendo del marco de referencia, que estará más o menos alejado a la masa mayor. —Solo para aclarar la analogía de la sábana. No significa que la Tierra reposa en un espacio plano (como la sábana), pues en el espacio-tiempo hay CUATRO dimensiones [incluyendo el tiempo]. Además,  en el espacio exterior, el de ‘adeveras’, gracias a que los planetas tienen una velocidad en la dirección de su trayectoria, es decir que poseen una velocidad tangencial, y que no hay fricción como en la sábana, estos cuerpos siguen dando vueltas orbitando alrededor de grandes masa, como la del Sol—.

 

Que el tiempo sea más lento o más rápido por la gravedad, se conoce como la dilatación gravitacional del tiempo, “Por ejemplo, a 400 kilómetros, donde está la Estación Espacial Internacional, el tiempo va un poquito más rápido, pero son fracciones de segundo”, cuenta Vargas. Según esto “las banderas que se dejaron en la cima del monte Everest en 1953, a casi 9 kilómetros de altura, son ahora unos 0.0015 segundos más viejas que si hubieran permanecido a nivel del mar” agrega el astrofísico.

 

Si la Tierra fuera un agujero negro, un cuerpo supermasivo, la diferencia de tiempo entre alguien que “viviera” en el agujero y alguien que viviera en la Estación Espacial Internacional sería más evidente, porque el tiempo que pasó en la Estación fue mucho más rápido —¿Se acuerdan cómo es la relación del tiempo entre la Tierra y el planeta cercano al agujero negro de la peli “Interestelar”?— El tiempo corre más lento donde la gravedad es más fuerte, donde la curvatura del espacio-tiempo es más pronunciada, como estar cerca a un agujero negro o como en la superficie de este planeta en relación a un observador que esté alejado. Esta es la misma razón por la que los relojes de satélites GPS en la órbita de la Tierra van más rápido que los de aquí y se han tenido que hacer correcciones para que la información sea precisa. De otra forma, no funcionarían correctamente los sistemas de navegación que hoy usamos para ir de un lugar a otro o saber dónde estamos —La teoría de la relatividad del papel a la práctica—.

 

En la ciencia, encontrar respuestas representa descubrir más preguntas, y en la física definir el tiempo podría significar moverse en la pregunta más difícil de todos los tiempos. La mecánica cuántica, otra rama de la física moderna, que se encarga de darle una explicación a los fenómenos a escalas MUY pequeñas de energía y partículas subatómicas —un zoom extremo al universo y un gato vivo o muerto— rompe otra vez con cómo entendemos la realidad. Pero cuando hablamos del tiempo, pues en la  mecánica cuántica, este no está definido como en la teoría de la relatividad. La conversación entre relatividad y mecánica cuántica, en gran parte, busca encontrar esa teoría del todo —una teoría que explique todo, literal—. Sobre esto nada está escrito… por ahora.

 

Rápido, pronto, tarde, lento, temprano, un tabaco, un momentico, en nada, etc. Hay muchísimas formas de referirnos a él, de percibirlo y de llegar a definir que el “tiempo es el tiempo”. Sentimos que se pasa más rápido o que se pasa más lento. Einstein dijo algo como “Pon una mano sobre una estufa por un minuto, y parecerá una hora. Siéntate con una mujer bonita por una hora, y parecerá  un minuto”. Quizás al final no se trata de cuánto más o menos rápido se pase el tiempo, sino de cuánto lo disfrutamos. De esos momentos de asombro, de aventuras, de cuando éramos niños. Momentos en que la curiosidad nos invadía y descubríamos algo nuevo. Momentos como ver, por primera vez, a un hoyo negro. Como si uno se acercara a él.

 

Referencias

Aging and the speed of time https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0001691810000132

Exactly what is time? http://www.exactlywhatistime.com/physics-of-time/

How Gravity Changes Time: The Effect Known as Gravitational Time Dilation http://thescienceexplorer.com/universe/how-gravity-changes-time-effect-known-gravitational-time-dilation

Is Time Real? http://thescienceexplorer.com/universe/time-real

Special Report: Gravity’s Century* https://www.sciencenews.org/article/special-report-gravity%E2%80%99s-century

 

Para seguir leyendo

Cuando el tiempo no nos cabe en la cabeza por Eduardo Arias

 

 

 

 

Efraín Rincón es biólogo y periodista científico. Ha escrito para diferentes medios sobre ciencia y medio ambiente. Es coproductor de Shots de Ciencia, una plataforma de divulgación científica.

 

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