¿Qué es la continuidad del espacio-tiempo?

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Empecemos por los conceptos separados de espacio y tiempo a ver si los podemos tener claros. Creemos tener una idea de lo que es tiempo, creemos tener una idea de lo que es espacio, y ahora se habla de espacio tiempo. ¿Es esto diferente o a qué se refieren cuando hablan de esto?

Primero veamos el tiempo. Si queremos estudiar el tiempo tenemos que aceptar primero que está ahí. Podemos percibir el tiempo de alguna manera, sabemos que el tiempo pasa y la física nos dice que está ahí. Una cosa que hay que hay tener clara acerca del tiempo es que nadie sabe exactamente qué es. Sí, por más que hayas escuchado definiciones, ideas, no. O sea sabemos bastante acerca del tiempo pero no lo entendemos en su totalidad. Una parte que sí entendemos o bueno quienes estudian física es gracias a Einstein. Pero hay un montón de cosas que ignoramos y algunas con las que los científicos aún siguen debatiendo como por ejemplo, la fluidez del tiempo. Algunos físicos como Brian Greene piensan que en el universo, cada momento es tan real como el otro y que tenemos una ilusión del pasado, presente y futuro por lo que considera que ese flujo del tiempo del que todos somos “conscientes” es una ilusión. Para otros físicos en cambio, como Richard Muller, el pensar de esa forma es un retroceso y el hecho de que la física no entienda aún el flujo del tiempo no quiere decir que sea una ilusión sino que hay más trabajo que hacer, estudiar más, encontrar nuevas ecuaciones, seguir investigando. 

Ahora, el espacio es otra cosa que tampoco entendemos muy bien. Un pez se mueve en el agua y su realidad es el agua, pero ¿realmente entiende el agua?  Cómo es eso. Si sacamos todas las cosas de aquí, la casa, el planeta, los planetas, las estrellas, y no solamente eso, sino también las partículas más pequeñas, el polvo, las moléculas, los átomos, qué nos queda. ¿Nada? Bueno parece obvio, pero no, nos queda el espacio, y qué hay en el espacio si no hay nada. Ese es pues justamente el asunto. El misterio, pero sabemos que es real. El espacio es tan real que puede doblarse, torcerse, vibrar y ayuda a formar cada cosa en el universo, por tanto no es nada. Es algo.

Pero este nuevo concepto del espacio es algo de lo que Einstein se percató. Hasta ese entonces teníamos la idea del espacio que estableció Newton como si este fuera solo el escenario en donde todo se desarrolla, en el cual nos movemos y ocurren todos los fenómenos físicos. Era algo que podíamos “entender” en nuestro acontecer diario. Algo con lo cual no sentimos cómodos. Es lo que tiene sentido para nuestros sentidos. Pero Einstein vino a alocarnos a todos con su teoría de la relatividad especial en 1905. En ella, Einstein dio una explicación a algunas observaciones que otros físicos no pudieron dar respuesta completa. Como por ejemplo el porqué la luz siempre viajaba a la misma velocidad, independientemente la velocidad de su fuente (Michelson). O sea imagina que vas en auto en la noche a una gran velocidad, digamos, 100 km/h y un policía escondido te capta con una de esas maquinitas para medir velocidad. Medirá 100 km/h, pero ahora digamos que este policía quiere hacer un experimento porque es muy curioso y quiere medir la velocidad de las luces que salen de tus faros. Suponiendo que tenga una máquina tan sofisticada. Cuando este policía mida la luz del auto, su sentido común le dirá que el resultado será 100 km/h más la velocidad de la luz, pero no, le sale solamente la velocidad de la luz! otra cosa que tampoco podían explicar los físicos de entonces era que cuando los objetos se van acercando a la velocidad de la luz parecen comprimirse. (Fitzgerald and Lorentz). y tampoco por qué observadores en movimiento pueden medir el tiempo de manera diferente, un reloj marca más rápido en un satélite en órbita alrededor de la Tierra que en uno que permanece en tierra firme (Poincaré). Para eso llegó Einstein con la relatividad especial y de alguna forma dijo tranquilos no se me alteren, yo ya sé por qué suceden estas cosas. El postuló que para que todas estas cosas extrañas puedan suceder las leyes de la física y la velocidad de la luz deben ser las mismas para todos los observadores independientemente en qué estado de movimiento se encuentren. Y para que esto sea cierto, el espacio y el tiempo ya no podían ser independientes. Tampoco podían ser rígidos y absolutos, Por el contrario, debían con el movimiento formando una entidad única que llegó a llamarse espacio – tiempo.

Sin embargo Einstein no terminó el trabajo. El gráfico de arriba con los tres ejes y el tiempo no es de él. Contrario a la creencia popular, Einstein no llegó a la conclusión de que el espacio y el tiempo pudieran verse como componentes de un solo tejido espacio-dimensional de cuatro dimensiones. Esa idea provino de Hermann Minkowski quien lo anunció en un coloquio de 1908 con las siguientes palabras dramáticas: “En adelante, el espacio en sí mismo y el tiempo en sí mismo están destinados a desaparecer en meras sombras, y solo una especie de unión de los dos preservará una realidad independiente”. Para ser justos con Minkowski y no digan que aquí siempre defendemos a Einstein, él inicialmente descartó la interpretación tetradimensional de Minkowski acerca de su teoría y la calificó de “conocimiento superfluo” pero cambió de opinión rápidamente. Se dio cuenta que el lenguaje del espacio-tiempo (conocido técnicamente como matemáticas tensoriales) demostró ser esencial para derivar su teoría de la relatividad general.

Ahora, ¿por qué continuo? pues porque hasta donde sabemos, no hay puntos faltantes en el espacio ni en los instantes en el tiempo, y ambos se pueden subdividir sin ningún límite aparente en tamaño o duración. Entonces, los físicos ahora rutinariamente consideran que nuestro mundo está incrustado en esta continuidad del espacio tiempo de 4 dimensiones, y todos los eventos, lugares, momentos de la historia, acciones, etc. se describen en términos de su ubicación en el espacio-tiempo. El espacio-tiempo no evoluciona, simplemente existe. En lugar de decir “esta carita feliz está en la posición (x, y, z) en el tiempo t”, solo dices “esta carita feliz existe en (x, y, z, t)”. Esta carita tiene un camino curvo a través del espacio-tiempo, que sería una colección de todos los puntos en los que existe. Si sigue a lo largo del eje de tiempo, puedes verlo rebotando hacia arriba y hacia abajo en el eje x. Pero su trayectoria es simplemente una curva que existe a la vez en el espacio-tiempo.

Einstein le dijo chau al espacio newtoniano que funcionaba como un escenario fijo en el que todos actuábamos. No puedes decir que estás en un lugar determinado o que ocupas un lugar determinado porque estás en constante movimiento. Tú, la Tierra, el sistema Solar, la galaxia. 

Así que cada vez que alguien te diga, yo solo me dejo llevar por lo que me dicen mis sentidos, dile que no tiene idea de lo que se está perdiendo.

 

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3 comentarios

  1. Terminé de ver el video, y en seguida abrí en navegador para conocer la página, y realmente me encantó, lo primero que me llamó la atención fue este artículo sobre la continuidad del espacio-tiempo, es muy bueno. Aunque mi rama es la ingeniería pero me apasionan temas sobre astrofísica, astronomía y el universo en general, felicidadades Aldo, me encanta tu manera de divulgador científico.

    Y claro, mi total apoyo a Robotitus.

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