Ajuca

«La conexión entre el espacio y el tiempo es un tema fascinante y complejo en la física actual. Aunque abordar este tema requiere comprender ecuaciones matemáticas y conceptos avanzados, creemos que es posible explicarlo de manera didáctica para aquellos interesados en el tema, incluso sin tener un conocimiento detallado de la teoría general de la relatividad.

En nuestro empeño por abordar este desafío, hemos contado con la colaboración de dos destacados físicos teóricos españoles. Álvaro de Rújula, reconocido físico de partículas, con experiencia en Harvard y liderando la división de física teórica del CERN, ha compartido su conocimiento y hasta ha tenido la oportunidad de tener un encuentro con Albert Einstein a través del tiempo.

Por otro lado, José Luis F. Barbón, experto en teoría cuántica de campos, gravedad cuántica y agujeros negros, entre otras áreas, ejerce como investigador en el CSIC y dirige actualmente el Instituto de Física Teórica, donde colabora estrechamente con Álvaro y otros científicos.

El primer aspecto fundamental que exploramos es la velocidad de la luz, que resulta ser absoluta y no depende del movimiento relativo de la fuente de emisión ni del observador. Álvaro utiliza una analogía con fichas de dominó para ilustrar el espacio, y explica que la relación entre el espacio y el tiempo se puede visualizar como un sándwich con el espacio en la dirección horizontal y el tiempo en la vertical.

En la física newtoniana, previa a la relatividad, se asumía que el tiempo era absoluto, es decir, que el ritmo de un reloj no dependía de su movimiento ni de su ubicación. Sin embargo, Einstein demostró que esto no es correcto. Descubrió que la velocidad de la luz es constante en todos los marcos de referencia, lo cual contradecía la noción de que todas las velocidades son relativas. A partir de esta observación, Einstein concluyó que el tiempo también debe ser relativo para mantener la constancia de la velocidad de la luz.

Einstein modificó el concepto del tiempo y estableció que la física no se volvía inconsistente con esta nueva perspectiva. Así, se llegó a la teoría general de la relatividad en 1915, que describe cómo la materia y la energía curvan el espacio-tiempo. Esta teoría permite entender cómo viajar hacia el futuro es posible, como se ha demostrado en experimentos con relojes en aviones y con los satélites del sistema GPS.

Además, la teoría de la relatividad predice que la luz puede ser desviada por objetos masivos, lo que implica la curvatura del espacio-tiempo. Al explorar la topología, es posible imaginar situaciones como los agujeros de gusano, donde se plantean atajos en el continuo espacio-tiempo. Un ejemplo sería el caso de un cilindro que, al enrollarlo y convertirlo en una rosquilla, crea una distorsión espacial que permite una conexión entre puntos aparentemente distantes.

En resumen, la física actual nos revela que el espacio y el tiempo están intrínsecamente relacionados, y que la velocidad de la luz es una constante fundamental en el universo. La teoría de la relatividad de Einstein nos muestra que el espacio y el tiempo forman una estructura llamada espacio-tiempo, donde la gravedad es la curvatura producida por la presencia de masa y energía.

Esta curvatura del espacio-tiempo puede dar lugar a fenómenos interesantes, como la dilatación del tiempo y la contracción del espacio. Por ejemplo, cuando un objeto se mueve a altas velocidades o está cerca de un objeto masivo, experimentará una dilatación del tiempo, lo que significa que el tiempo transcurrirá más lentamente para ese objeto en comparación con un observador en reposo. Esto ha sido confirmado experimentalmente en numerosos experimentos, como los realizados con partículas subatómicas aceleradas a altas velocidades en aceleradores de partículas.

En cuanto a los agujeros de gusano, que mencioné anteriormente, son hipotéticas estructuras teóricas que podrían permitir viajar entre dos puntos distantes del espacio-tiempo de manera más rápida que la velocidad de la luz. Se piensa que un agujero de gusano sería una especie de atajo o puente que conecta dos regiones del espacio-tiempo que, de otra manera, estarían muy alejadas entre sí. Sin embargo, hasta ahora no se ha encontrado evidencia empírica de la existencia de los agujeros de gusano, y su estudio se encuentra en el ámbito de la especulación teórica.

Es importante tener en cuenta que los conceptos de espacio y tiempo están profundamente interrelacionados y son fundamentales para nuestra comprensión del universo. La teoría de la relatividad ha proporcionado una descripción más precisa de cómo funcionan estas dos entidades y cómo interactúan con la materia y la energía. Sin embargo, sigue siendo un área activa de investigación y se continúan realizando experimentos y estudios para comprender mejor la naturaleza del espacio-tiempo y su relación con la gravedad y otras fuerzas fundamentales de la física.

Una de las implicaciones fascinantes de la teoría de la relatividad es la posibilidad teórica de viajar en el tiempo. Sin embargo, este tema es extremadamente complejo y está sujeto a diversas interpretaciones y debates dentro de la comunidad científica.

De acuerdo con la teoría de la relatividad, existen soluciones matemáticas que permiten la existencia de trayectorias cerradas en el espacio-tiempo, conocidas como curvas de tiempo cerradas. Estas curvas sugieren la posibilidad de viajar al pasado, aunque su viabilidad práctica y los desafíos asociados a ellas aún no se comprenden por completo.

Uno de los enfoques teóricos para el viaje en el tiempo es el concepto de agujeros de gusano, mencionado anteriormente. Un agujero de gusano sería una especie de túnel a través del espacio-tiempo que conecta dos puntos distantes. Se ha propuesto que si pudiéramos crear o encontrar un agujero de gusano, podríamos utilizarlo como un camino para viajar entre dos momentos en el tiempo.

Sin embargo, la creación y manipulación de agujeros de gusano plantea desafíos enormes. Se requiere una cantidad masiva de energía y la existencia de materia exótica con propiedades aún desconocidas. Además, la estabilidad de los agujeros de gusano es un problema crítico, ya que se colapsarían rápidamente y se cerrarían sin permitir el paso de una persona o un objeto.

Otro enfoque para el viaje en el tiempo es el uso de efectos gravitatorios extremos, como los agujeros negros. Los agujeros negros son regiones del espacio-tiempo con una curvatura extrema debido a la masa concentrada en un punto infinitesimalmente pequeño, conocido como singularidad. Se ha teorizado que al acercarse a un agujero negro o ingresar en su horizonte de eventos, se podrían experimentar fenómenos como la dilatación del tiempo y la posibilidad de viajar al futuro. Sin embargo, los desafíos técnicos y los peligros asociados con los agujeros negros hacen que esto sea altamente especulativo y no se ha demostrado experimentalmente.

En resumen, la física actual no ofrece una respuesta definitiva sobre la viabilidad del viaje en el tiempo. Aunque existen conceptos teóricos y soluciones matemáticas que sugieren la posibilidad de viajar al pasado, aún no se han encontrado formas prácticas de lograrlo. El estudio de la física del tiempo y la exploración de estas ideas continúan siendo áreas de investigación activas, y es posible que en el futuro se descubran nuevos conocimientos que nos brinden una comprensión más profunda y nos acerquen a desvelar los misterios del viaje en el tiempo.

Inspirado en el artículo de Xataka.