¿Cómo podemos viajar en el tiempo?

Publicado en Cienciacon fecha 30 - mayo - 2010

 

El viaje a través del tiempo es de momento una teoría o conjunto de teorías sobre como podríamos desplazarnos hacia delante o atrás en diferentes puntos del tiempo, así como lo hacemos en el espacio. De acuerdo con la descripción convencional de la teoría de la relatividad de Einstein las partículas materiales al moverse a través del espacio-tiempo se mueven hacia delante en el tiempo, teniendo por tanto una dirección privilegiada hacia el futuro, y se desplazan hacia un lado u otro del espacio. En la ecuación de la equivalencia E = m.c^2 que la energía energía total y la masa sean positivas está relacionado con el hecho de que las partículas se mueven hacia el futuro.

Antes de que Einstein desarrollase su doble teoría de la relatividad, existieron ideas científicas dispares sobre la teoría de la materia de la luz. Hacia finales del siglo XIX, James Clerk Maxwell (1831-1879) había propuesto que la luz era una onda transversal, por tanto no corpuscularista algo que sí es crucial en física cuántica, por los fotones, donde la luz tiene una dualidad onda-corpúsculo. Como parecía difícilmente concebible que una onda se propagase en el vacío sin ningún medio material que hiciera de soporte se postuló que la luz podría estar propagándose realmente sobre una hipotética sustancia material, para la que se usó el nombre de éter luminífero, tomando el nombre de uno de los elementos que describió Aristóteles.

En 1887 se desarrolló un experimento para tratar de probar la existencia del éter, Albert Abraham Michelson (1852-1931) y Edward Morley (1838-1923) diseñaron un experimento mediante espejos capaz de medir la velocidad de la luz en dos direcciones perpendiculares entre sí y con diferente velocidad lineal relativa al éter. El experimento de Michelson y Morley utilizaba un interferómetro para tratar de detectar una diferencia de velocidad por el movimiento de la luz respecto al éter, pero no encontraron el efecto esperado. Antes de Einstein, fue Hendrik Antoon Lorentz quién desarrolló las transformaciones de Lorentz a partir de ecuaciones de la mecánica newtoniana para explicar matemáticamente el fenómeno del acortamiento en uno de los brazos del interferómetro, al estar en movimiento.

De la teoría de la relatividad se deduce que viajar a velocidades cercanas a la velocidad de la luz ocasiona una dilatación del tiempo, por la cual el tiempo de un individuo que viaja a esa velocidad corre más lentamente. Desde la perspectiva del viajero, el tiempo parece fluir más rápidamente, causando que el viajero llegue a un lugar más adelante en el futuro. Esto es solamente una suposición ya que nunca ha ocurrido para personas, en todo caso, para partículas donde una viaja a velocidad cercana a la de la luz (300.000 km/s) y otra a una velocidad muy inferior y perfectamente posible para los transportes más veloces en la actualidad, aquella envejece mucho más lentamente, el tiempo pasa mucho más despacio, lo que daría lugar a paradojas como si pensamos en dos gemelos. En la paradoja de los gemelos, los dos hermanos inicialmente idénticos se encontrarían en el futuro pero habrían recorrido caminos diferentes, uno de ellos tendría su reloj atrasado al haber viajado a velocidades cercanas a la de la luz, siendo más joven. El efecto relativista de la dilatación del tiempo nos ofrece, al menos teóricamente, la posibilidad de viajar al futuro evitando envejecer.

Debido a las leyes físicas de la mecánica relativista, solamente son planteables teoricamente los viajes hacia el futuro, teniendo esa dirección privilegiada, pero no sería posible ir al pasado, lo cual descartaría el cine de ciencia ficción como Back to the future, el viaje de Trunks en Dragon Ball Z y las teorías de conspiración sobre viajes de turistas extraterrestres venidos del futuro.

En realidad todas las partículas viajan continuamente hacia el futuro, ya que el tiempo fluye siempre en la misma dirección, y el paso del tiempo es sólo el movimiento hacia el futuro, en los términos en que los describe la teoría de la relatividad. Sin embargo, el flujo de avance hacia el futuro puede ser algo lento para la duración de la vida humana. Para conocer lo que sucederá mañana, sólo tenemos que esperar un día sin necesidad de desplazarnos, pero conocer la civilización dentro de cientos de años, es diferente.

El tiempo propio medido por un observador en movimiento respecto a otro será menor y la magnitud del efecto viene dada por la velocidad (v) del observador en movimiento y la velocidad de la luz (c). En la siguiente fórmula se observa que la dilatación de tiempo depende del denominador, dentro de la raiz, se resta a 1 el resultado de la fracción, teniendo en cuenta que v es estrictamente menor que c , el resultado está comprendido entre 0 y 1. Tiende a 0 cuando v es mucho menor y a 1 cuando v se aproxima a c. Teniendo en cuenta la fracción, el resultado final del denominador será practicamente igual a 1 si la velocidad v es despreciable respecto a la velocidad de la luz, sin embargo la dilatación temporal se aprecia cuando v se aproxima al valor de c.

formula Lorentz dilatación tiempo

Delta t cero, es el intervalo temporal entre dos eventos co-locales para un observador en algún sistema de referencia inercial.
Delta t, es el intervalo temporal entre los dos mismos eventos, tal y como lo mediría otro observador moviéndose inercialmente con velocidad v, respecto al primer observador.
v es la velocidad relativa entre los dos observadores.
c es la velocidad de la luz.

Sin embargo, desde el punto de vista del propio observador en movimiento, él mismo está en reposo y él no percibe que esté envejeciendo más lentamente. De hecho, para este observador en movimiento sería el observador en reposo quien estaría envejeciendo más rápidamente. Sólo en situaciones en que aparecen sistemas de referencia no inerciales en que los dos observadores se encuentren puede darse una situación en que ambos observadores coincidan en que uno de ellos dos ha envejecido más lentamente.

Si consideramos un observador que se aleja en una nave con una velocidad que sea un 90% de la luz, el tiempo transcurrido en la Tierra, ignorando el efecto de dilatación gravitacional del tiempo para simplificar, sería unas 2,30 veces más lento según un observador en la Tierra. Es decir, que incluso yendo a esta altísima velocidad sólo ganaríamos un modesto factor dos en nuestro viaje al futuro.

Para viajar a futuros más lejanos sería necesario hacer que la velocidad fuera aún más cercana a la de la luz. Nuestra nave viajando a gran velocidad en un camino con origen y regreso a la Tierra es una máquina del tiempo para viajar al futuro que, en la medida en que seamos capaces de incrementar su velocidad, nos puede llevar sin envejecer a cualquier tiempo posterior al nuestro.

En la Tierra recibimos partículas que vienen del centro de nuestra galaxia a distancias que la luz tarda miles de años en recorrer. Es decir, fueron producidas hace miles de años terrestres. Sin embargo, estas partículas no pueden resistir un viaje ni siquiera de un minuto ya que se desintegran en cuestión de segundos después de haber sido creadas. Esas partículas han sido aceleradas a velocidades tan cercanas a la de la luz, que sólo habían envejecido segundos mientras que en la Tierra transcurrían miles de años.

En un artículo aparecido en DailyMail, Stephen Hawking habla de forma amena y a nivel de divulgación sobre física, cosmología y la máquina del tiempo. Para comenzar, el tiempo debe de tenerse en cuenta como una cuarta dimensión, no sólo como magnitud física que junto al espacio, permite que se de la experiencia sensible. No es complicado aceptar que nos desplazamos en hasta tres dimensiones, altura, anchura y profundidad; con una velocidad cercana a la de la luz, se puede hacer que el tiempo pase muy lentamente.

expansión universo dimensión temporal

Hawking utiliza la analogía del cine y la ciencia ficción donde un individuo abre un portal o bien utiliza una máquina del tiempo para entrar en un tunel que le lleve al pasado o hacia el futuro. Un agujero de gusano es también un tunel o un atajo en el espacio-tiempo. En el mundo perceptible en tres dimensiones, todo objeto no es completamente sólido y compacto, toda materia está unida según su estado fisicoquímico por enlaces, pero a nivel molecular, atómico y en física cuántica, hay siempre espacios abiertos, mínimos entre la materia. En la cuarta dimensión, la temporal, ocurre de forma similar, hay espacios abiertos en el espacio-tiempo, que aparecen y se van formando, en el mundo cuántico, los agujeros de gusano conectan dos espacios y dos tiempos diferentes. Estos agujeros o túneles son imperceptibles, puesto que son del orden de 10^-34 cm, lo que se busca tras aceptar teoricamente su existencia es pensar si sería posible construir un tunel gigante basado en un agujero de gusano donde una entrada estaría en un espacio-tiempo determinado, la Tierra y nuestro momento contemporaneo y la salida sería otro espacio-tiempo.

cosmologia agujeros de gusano

La máquina construida por el hombre que mayor velocidad ha alcanzado en la historia es Apollo 10, aproximadamente 11,08 km/s, pero para viajar en el tiempo la nave tendría que ir 10 000 veces más rápido. Toda máquina del tiempo iría hacia el futuro con velocidades cercanas a la de la luz pero cualquier viaje al pasado lleva a paradojas que incumplen principios fundamentales. Según Hawking, el primer científico que estableció que hay zonas donde el tiempo es más lento y zonas donde el tiempo avanza más rápido, fue Einstein.

cohete espacial

Un ejemplo práctico son los satélites que orbitan alrededor de la Tierra para dar servicios como el geoposicionamiento o GPS. Los relojes de astrofísica son increiblemente precisos y complejos, sin embargo en cada satélite los relojes tienen que controlar y ajustar el tiempo continuamente ya que en el espacio el tiempo no avanza igual que en la Tierra. Suelen tener desajustes de una tercera parte de billón de segundo, que se acumularían diariamente sin corrección, causando el caos en la Tierra. El tiempo pasa más rápido en el espacio debido a la masa de la Tierra, cuanto mayor es la masa de un objeto, más se prolonga el tiempo. Según apunta Hawking, en el centro de la vía Láctea a 26.000 años luz de nosotros, hay un gigantesco agujero negro, con una masa 4 veces la de una estrella como el Sol, plegado hacia un único punto interior donde recae la fuerza de la gravedad. Un agujero negro de este tipo tiene un efecto dramático ralentizando el tiempo. Si una misión espacial orbitase cerca de un agujero negro semejante, tras regresar años después (hipotéticamente) a la Tierra, serían mucho más jóvenes, aunque dificilmente se reduciría el paso del tiempo más de la mitad de lo percibido en la Tierra.

expansión universo dimensión temporal

No es práctico debido a la distancia a recorrer debido al principio de expansión del Universo, además del riesgo de ser atraidos en un agujero negro, bajo un campo gravitatorio semejante cae toda partícula. A la velocidad de la luz se pueden dar siete vueltas orbitando alrededor de la Tierra en un segundo, eso haría percibir todo lo que sucede en la nave a cámara lenta para un observador externo.

Si una nave semejante saliese de la estación espacial el 1 de enero de 2050, circulase alrededor de la Tierra a velocidades muy próximas a la luz, durante 100 años para regresar a la Tierra en el año 2150, los pasajeros habrían vivido relativamente una semana en la nave al ralentizarse el tiempo, pero encontrarían un mundo totalmente cambiado a su llegada, un mundo futurista. No hay naves así, ni parece que puedan construirse, sin embargo hay algo parecido, el accelerador de partículas más avanzado del mundo. El Gran Colisionador de Hadrones, GCH (en inglés Large Hadron Collider, LHC) es un acelerador y colisionador de partículas ubicado en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, sigla que corresponde su antiguo nombre en francés: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), cerca de Ginebra, en la frontera franco-suiza.

Gran Colisionador de Hadrones

Dentro del colisionador, dos haces de protones son acelerados en sentidos opuestos hasta alcanzar el 99,99% de la velocidad de la luz, y se los hace chocar entre sí produciendo altísimas energías (aunque a escalas subatómicas) que permitirían simular algunos eventos ocurridos inmediatamente después del big bang. Dentro del tunel circular de 27 km de circunferencia, se encuentran trillones de partículas subatómicas, la esperanza de vida de estas partículas es muy corta, cuando el accelerador funciona, pueden alcanzar velocidades cercanas al límite de la velocidad cósmica, de la luz antes de desintegrarse. Cuando se acercan a los 300 000 km/s sin llegar nunca a esta barrera, puedan durar más tiempo antes de desaparecer.

Para poder viajar en el tiempo, será necesario ir a esas velocidades, viajando en una nave por el espacio, además de poder transportarse a un periodo futuro, será posible recorrer enormes distancias a través del Universo, un lugar donde el tiempo discurre a diferentes velocidades.

Otros métodos para el viaje en el tiempo en Wikipedia.

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