Albert Einstein ... "DIOS NO JUEGA A LOS DADOS"

¿Existe el tiempo o es ilusión?
Sábado 01 de Febrero de 2014 10:58:12 |






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No es una idea nueva. Ya en el siglo V a. C., Antifonte de Atenas escribió que se trata “de un concepto o una medida”. En esa tradición, el físico británico Julian Barbour cree que el universo no es otra cosa que una gran colección de momentos –lo que él llama el montón– y cada uno de ellos, una colección de cosas. No tiene sentido querer ordenar cronológicamente esos diferentes momentos. Simplemente están y punto.




Para entender su razonamiento, Barbour propone la siguiente analogía. Imagina que pones “Lo que el viento se llevó” en un reproductor de DVD que aleatoriamente salta hacia adelante y hacia atrás: estás contemplando la escena donde Scarlett O’Hara jura que jamás volverá a pasar hambre y, a continuación, Scarlett aparece conociendo a Rhett Butler. Los protagonistas no encuentran ningún problema: ellos hacen lo que tienen que hacer, y siempre lo hacen. Si pudieras parar el DVD y preguntarles acerca de lo que piensan en ese momento, te responderían exactamente lo mismo que si estuvieras viendo la película en un aparato sin ninguna tara.




Así, cada instante en el espacio-tiempo es como una de las secuencias de “Lo que el viento se llevó”. Tu vida, que en esencia consiste en tu memoria y tus recuerdos, es como un conjunto de diapositivas que provocan la sensación de paso del tiempo. Es más, dicha sensación no requiere de la existencia de escenas previas, de momentos previos: todo está contenido en esa diapositiva particular del universo.




Si lo pensamos con detenimiento, nos encontramos con algo que puede parecer mentira: no tenemos instrumentos que midan el paso del tiempo. Usamos el movimiento para medirlo, del mismo modo que cuantificamos la temperatura mediante un intermediario: la dilatación de los cuerpos por acción del calor. La teoría dice que el espacio y el tiempo nacieron hace unos 13.900 millones de años, el momento mágico en que nuestro universo comenzó a existir debido a una gran explosión. Ahora bien, sabemos que transcurren los segundos, los minutos y las horas porque vemos cambios a nuestro alrededor. ¿Y si no hubiera nada?




La teoría cuántica, que explica lo que sucede al nivel de átomos y moléculas, dice que no hay nada parecido a relojes perfectos en el mundo subatómico: todos están sujetos a la llamada incertidumbre cuántica, lo que hace que su funcionamiento sea impredecible; incluso podrían marchar hacia atrás. Lo único que tiene un carácter absoluto y fijo son las leyes de la física.




En su reciente libro “Time Reborn”, el físico neoyorquino Lee Smolin postula una idea mucho más radical: que es el tiempo lo único que existe. Las a priori inmutables leyes de la física cambian, evolucionan. Smolin piensa que los físicos se encuentran “hechizados por la belleza y el éxito de los modelos matemáticos, que los confunden con la realidad”.

Explicación de viajes en el tiempo teorías Albert Einstein

"DIOS NO JUEGA A LOS DADOS"



El gran científico del siglo 20, Albert Einstein, desarrolló una teoría denominada Relatividad Especial. Las ideas de la Relatividad Especial son muy difíciles de imaginar porque no son cosas que experimentamos en la vida diaria, pero los científicos las han confirmado. Esta teoría dice que el espacio y el tiempo son realmente aspectos de la misma cosa: del tiempo espacial. Hay un límite de velocidad de 300.000 kilómetros por segundo para cualquier cosa que viaje a través del tiempo espacial, y la luz siempre viaja al límite de velocidad.

La Relatividad Especial también dice que ocurre algo interesante al movernos a través del tiempo espacial, especialmente cuando tu velocidad relativa a otros objetos es cercana a la velocidad de la luz. El tiempo pasa más lentamente para ti que para las personas que has dejado atrás. No observarás este efecto hasta que regreses a esas personas estacionarias.

Digamos que tenías 15 años de edad cuando abandonaste la Tierra en una nave espacial viajando a aproximadamente el 99.5% de la velocidad de la luz, que es mucho más rápido de lo que podemos lograr hoy en día, y celebraste sólo cinco cumpleaños durante tu viaje espacial. Cuando llegues a casa a los 20 años de edad, ¡encontrarás que todos tus compañeros de clase tienen 65 años de edad, están jubilados y disfrutando de sus nietos!

En cierto sentido, esto significa que has estado viajando en el tiempo. Habrás experimentado sólo cinco años de vida, mientras que tus compañeros de clase habrán experimentado 50 años enteros. Esta es una manera de viajar al futuro a una velocidad mayor que 1 hora por hora.

En los últimos años, algunos científicos han usado estas distorsiones en el tiempo espacial para pensar de posibles maneras en que podrían funcionar las máquinas de tiempo. Algunos consideran la idea de los "agujeros tubulares", que podrían ser atajos a través del tiempo espacial. Esta y otras ideas son interesantes experimentos del pensamiento en este momento, y tal vez no sean posibles para los objetos reales, pero están basadas en conceptos científicos sólidos. Sin embargo, en todos los viajes en el tiempo permitidos por la ciencia, no hay manera en que un viajero pueda retroceder a un momento anterior al cual se había construido la "máquina de tiempo".

Es increíble pensar con respecto a los viajes en el tiempo. ¿Qué sucedería si retrocedieras en el tiempo y hubieras impedido que se conozcan tu papá y tu mamá? ¡Hubieras evitado tu propio nacimiento! Pero entonces, si no hubieras nacido, no podrías haber regresado en el tiempo para impedir su encuentro. Espacio-tiempo

El concepto einsteniano de espacio-tiempo, el espacio de cuatro dimensiones (tres espaciales más el tiempo) no es fácil de entender, pero no es imposible. En primer lugar, notemos que para localizar un suceso en el universo no nos basta con decir dónde está, tenemos tambien que decir cuándo ocurre el suceso. Por ejemplo, si decimos "Le he dicho a mi amigo que quedemos exactamente en la puerta del bar Guarapo, justo debajo del cartel, para que no haya duda", nos damos cuenta de que no es suficiente: hay que decirle cuándo es la cita. Es decir, para situar completamente un suceso nos hacen falta las cuatro dimensiones. Pero, en segundo lugar, y esto es la esencia del concepto del espacio-tiempo, las dimensiones espaciales y temporales tienen la misma naturaleza, son la misma cosa, pueden intercambiarse entre sí. ¿Qué quiere decir esto?
Estamos acostumbrados a intercambiar los ejes de referencia de las tres dimensiones espaciales entre ellas sin problema, porque sabemos que tienen la misma naturaleza. Por ejemplo, si decimos "El bar Guarapo es fácil de localizar. Ponte en la plaza de la Catedral, camina 50 m al Norte y luego 200 m hacia el Este. Ahí está. Pero si estás al otro lado de la ciudad, ponte en la plaza del Mercado y camina 100 m al Sur y 80 al Oeste y allí te lo encuentras" (ver figura).



Hablando matemáticamente, decimos que hemos cambiado el origen de coordenadas (una vez lo situamos en la Catedral y la otra en el Mercado) y hemos recalculado en cada caso el valor de las coordenadas espaciales X e Y para situar el punto de interés. No hay ningún misterio en esto. Similarmente, al describir un suceso en el espacio-tiempo, pueden intercambiarse las coordenadas espaciales con la temporal, de modo que cierta cantidad de tiempo (hacia el pasado o el futuro) puede convertirse, si tomamos otro origen de coordenadas, en cierta cantidad de espacio (por ejemplo, hacia arriba o hacia abajo). Las coordenadas espaciales y la temporal del espacio-tiempo están completamente entremezcladas, tienen la misma naturaleza.
Veremos esto en el siguiente enlace sobre los gráficos espacio-tiempo, donde también visualizaremos cómo Einstein advirtió que las trayectorias en el espacio-tiempo de cuerpos bajo la fuerza de la gravedad son líneas curvas -y no rectas-, lo que le sugirió la idea de la deformación del espacio-tiempo por la gravedad.

Gráficos espacio-tiempo

Para describir correctamente lo que nos rodea tenemos que situarnos en el marco de referencia adecuado. Para decirle a un amigo qué es un círculo lo mejor es coger una hoja de papel y dibujarlo. El círculo tiene dos dimensiones espaciales y el papel igual. El plano del papel es el marco adecuado. Si queremos explicarle qué es una esfera, ya no nos sirve el papel. Lo ideal es darle, por ejemplo, una bola de billar que tiene tres dimensiones espaciales y que la toque.
¿Cuántas dimensiones tiene nuestro universo y cómo podemos imaginarlo y describirlo?, ¿cuál es el marco adecuado? Aquí entra Einstein.
Einstein sabía que la luz (y toda radiación electromagnética) se mueve como máximo con una velocidad de 300.000 km/s y se atrevió a proponer (adivinó) que nada en el universo podía superar esta velocidad de la luz. Ésta es la base de su teoría especial de la Relatividad. Pero lo que nos interesa aquí es que, si su teoría es correcta, podemos describir las distancias (las dimensiones espaciales) como tiempos. Podemos decir que un kilómetro es la distancia que recorre la luz en 1/(300.000) segundos, un kilómetro es ese tiempo. Con Einstein nos damos cuenta de que los conceptos de espacio y tiempo están mezclados; que para describir nuestro universo necesitamos las tres dimensiones espaciales más la dimensión temporal, simultáneamente. Lo llamamos el espacio-tiempo de cuatro dimensiones, y, por lo que sabemos hasta ahora, es el marco más adecuado para entender el universo actual.
Aunque podemos entenderlo con ayuda de las matemáticas, es difícil imaginarnos realmente el espacio-tiempo de cuatro dimensiones (los físicos que investigan en ello tampoco pueden hacerlo mucho mejor que nosotros). Nuestros cerebros se han desarrollado por evolución adaptándose a un entorno tridimensional, no cuatridimensional. Visualizar un espacio de cuatro dimensiones es más difícil que explicarle a nuestro amigo la esfera de tres dimensiones con las dos dimensiones del papel; esto último no es imposible (porque nuestro cerebro sí imagina tres dimensiones espaciales) pero no es fácil, y probablemente acabemos echando mano de las matemáticas. Tocando el papel no basta.
Para entender el espacio-tiempo haremos el problema más fácil, de modo que podamos visualizarlo. Imaginemos que sólo hay una dimensión espacial y que Einstein nos pide que inventemos el espacio-tiempo de dos dimensiones. Entonces dibujaríamos un gráfico donde un eje (por ejemplo, el horizontal) fuera el espacio y el otro eje (el vertical) el tiempo. En el eje del tiempo podemos poner marcas, por ejemplo, cada segundo. Si queremos podemos poner también marcas en segundos en el eje espacial (y cada marca correspondería a una distancia de 300.000 km. Esto puede ser una unidad inconveniente para las medidas de cada día: ¿cuánto mides tú de alto en segundos?). Por ello pongamos marcas normales, por ejemplo, cada metro. Ahora jugamos a poner sucesos reales en este gráfico. Por ejemplo, tú estás quieto a 3 metros de mí. Tu "trayectoria" en el gráfico espacio-tiempo es la línea recta vertical que se muestra en la figura:



En la figura superior, vemos que aunque tú estás quieto, el reloj sigue marcando los segundos, tic-tac, tic-tac... y por eso tu trayectoria es una recta que se alarga a medida que el tiempo pasa.
Ahora supón que te alejas de mí con una velocidad de 1m/s. Tu trayectoria en el gráfico espacio-tiempo es una línea recta inclinada así:



Modifiquemos ligeramente el gráfico, y pongamos en el eje horizontal (el de las distancias) la altura que tienes sobre el suelo (el eje vertical lo dejamos como estaba, el tiempo). Intenta visualizar ahora que si das un salto hacia arriba tu trayectoria en el gráfico espacio-tiempo es una curva llamada parábola (ver figura), supuesto, claro, que hay una fuerza de gravedad que "tira" de tí hacia abajo.



Éste es un resultado muy interesante: las trayectorias en el gráfico espacio-tiempo son curvas cuando actúa la gravedad.
Ahora vamos a ser más valientes y vamos a representar la trayectoria en un gráfico espacio-tiempo de tres dimensiones (ahora serán dos dimensiones espaciales, más el tiempo) de un planeta (por ejemplo, la Tierra) en órbita circular alrededor del Sol. Ya hemos aprendido que el eje del tiempo siempre corre igual, los segundos aumentan monótonamente como dice nuestro reloj, tic-tac-tic-tac... así que la trayectoria de la Tierra en este gráfico es una hélice regular y de sección circular. Para hacer este gráfico (ver figura), tenemos un problema insalvable (describir tres dimensiones en un mundo de dos, el papel) que arreglamos mal que bien como es habitual, con una perspectiva.



Pero lo importante es que vemos de nuevo que donde hay gravedad (la Tierra y el Sol atrayéndose) las trayectorias en los gráficos espacio-tiempo son curvas (no son líneas rectas). Este resultado es la clave para entender la genial idea de Einstein sobre la gravedad: Si en el universo siempre hay gravedad, dado que hay muchas masas y la fuerza gravitatoria tiene un radio de acción infinito, entonces todas las trayectorias en el espacio-tiempo han de ser líneas curvas. "¡Qué Universo tan curioso!", pensaría Einstein, "no hay trayectorias rectas, todos los cuerpos van en trayectorias curvas viajando por el espacio y por el tiempo... Entonces, ¿por qué empeñarse en describir el Universo usando un espacio plano de tres dimensiones... ¿No sería mucho mejor imaginar que el espacio-tiempo no es plano, sino que se ha "deformado" por las masas adquiriendo una geometría no-euclidiana?"
En el experimento 3 y el experimento 4 visualizaremos estos conceptos y aprenderemos otra cosa igual de extraña: en las geometrías no-euclidianas, las trayectorias que siguen los objetos sí son "rectas", pero en el sentido matemático más general de la palabra (es decir, las líneas más cortas entre dos puntos en esa geometría).
Resumiendo: desde el punto de vista de Newton, la Tierra sigue una trayectoria en el espacio euclidiano en forma de elipse (por cierto, es casi una circunferencia) alrededor del Sol. Desde el punto de vista de Einstein, la Tierra sigue la trayectoria más corta posible (una geodésica o "recta" generalizada) en un espacio-tiempo que ya no es euclidiano porque ha sido deformado por la masa del Sol.

Eclipses de Sol y relatividad general

Cuando uno propone una teoría tiene que aceptar sus consecuencias. En 1915, Einstein pensó que, si de verdad su teoría de la gravitación era correcta y las masas deforman el espacio-tiempo a su alrededor, entonces cualquier cosa que pase cerca de una masa (por ejemplo cerca del Sol o de una galaxia) cambiará su trayectoria, ya que "notará" el espacio deformado allí (con el experimento de la tela elástica ya hemos visualizado esto). Por tanto, a las partículas de la luz (los fotones) también les debe pasar lo mismo, así que Einstein predijo que la luz debería desviarse al pasar cerca de un objeto masivo, y propuso que esto podría verificarse observando las posiciones de las estrellas cercanas (en proyección) al Sol durante un eclipse total.



En un eclipse total de Sol, la Luna tapa exactamente el disco del Sol. Durante unos minutos se hace la oscuridad casi total (a pleno día) y se ve la corona solar, las estrellas y los planetas más brillantes. En la imagen A de la figura vemos, en una vista lateral, que durante el eclipse total la Luna se interpone entre la Tierra y el Sol. Supongamos que hay una estrella E muy lejana (a la izquierda y arriba del Sol en la imagen; hay que imaginársela muy alejada hacia la izquierda) y que desde la Tierra vemos esa estrella, en proyección, cerca de la superficie del Sol. Veamóslo en la imagen B, que muestra lo mismo que A pero visto por un observador situado en la Tierra. No vemos ya el Sol (la Luna lo ha ocultado) y podemos ver la estrella E de fondo proyectada casi 'tocando' el borde del Sol y la Luna.
En la imagen C se muestra la predicción de Einstein sobre la curvatura de la luz cerca del Sol: al caminar por el espacio-tiempo deformado por la masa del Sol, la luz de la estrella no sigue una línea recta euclidiana, sino que se tuerce cerca del Sol. Lo interesante del asunto es darse cuenta que un observador desde la Tierra vería la imagen de la estrella E no donde realmente está, sino en E'. Desde nuestra perspectiva terrestre (imagen D) vemos a la estrella más alejada del borde del Sol que lo que realmente está. Einstein calculó en 1915 este alejamiento extra en la posición de la estrella y cuatro años después Arthur Eddington verificó esta predicción, lo que causó enorme asombro entre los astrónomos (aún habituados a la física newtoniana) y dio fama mundial a Einstein.
Pero una consecuencia aún más espectacular de la teoría de Einstein son las llamadas lentes gravitacionales.

Lentes Gravitacionales.

En el apartado anterior Eclipses de Sol y relatividad general vimos como la teoría de Eisntein había sido capaz de predecir el comportamiento de la luz de las estrellas al pasar por las cercanias del Sol. Pero una consecuencia aún más espectacular de la teoría de Einstein son las llamadas lentes gravitacionales. El asunto es el mismo (la luz se curva cerca de una masa) pero ahora tenemos una enorme masa (por ejemplo una galaxia como la nuestra, la Vía Láctea, que tiene doscientos mil millones de veces la masa del Sol) que deforma enormemente el espacio-tiempo a su alrededor y desvía enormemente la luz de otras galaxias lejanas. Igual que un vidrio curvado deforma la imagen cuando miramos a través suyo (practicar con una botella, por ejemplo) una lente gravitacional deforma y amplifica la imagen de las galaxias lejanas produciendo imágenes dobles o múltiples, arcos, etc. Y si la galaxia-lente está situada exactamente enfrente de la galaxia de fondo, produce el llamado "anillo de Einstein". Sin embargo Einstein no pudo ver la comprobación observacional de su teoría porque el primer caso de lente gravitacional se descubrió en 1979.
Una de las imágenes más espectaculares de lente gravitacional se ha tomado en 1999 con el telescopio NOT, del Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma). Muestra a una galaxia espiral que parece tener en su parte central cinco condensaciones brillantes (ver figura).


Galaxia-lente gravitacional
En realidad son cuatro imágenes gravitacionales de un cuásar lejano (que no tiene nada que ver con la galaxia espiral) más el propio núcleo de la galaxia. ¿Cómo lo sabemos? Resulta que la luz de las cuatro condensaciones más externas (identificadas como q1 a q4 en la figura) es idéntica una a otra (en el lenguaje de la física diríamos que tienen idéntico espectro), lo que sólo podemos explicar si son efectivamente imágenes de la misma cosa (igual que las imágenes de uno mismo en un laberinto de espejos son idénticas entre sí, pero orientadas de forma diferente, unas las ves a la izquierda, otras a la derecha, etc.).
Este caso tan extraordinario de lente gravitacional se descubrió por casualidad en 1985 y se le llamó "Cruz de Einstein" porque las cuatro imágenes del cuásar forman un cuadrilátero, y también para que recordemos que gracias a Einstein podemos entenderlo.
En esta dirección de Internet hay una animación simulando cómo se produce una imagen de lente gravitacional (imágenes dobles, cuádruples, múltiples, arcos, anillos, etc.): 

Albert Einstein ... "DIOS NO JUEGA A LOS DADOS"...Comentado y publicado por Miguel...www.miguel-policia.blogspot.com.ar