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Posts Tagged ‘espacio-tiempo’


A pesar del título, no voy a exponer una contradicción realmente, aunque nuestro intelecto así lo vea; y además el hecho de la Invasión Extraterrestre no es el centro de la cuestión. Simplemente, además de llamar la atención, he elegido este título por 2 motivos:

1) A fin de cuentas es como Ronger Penrose lo expone en su libro “La nueva mente del emperador”

2) Podría haber escogido otra temática con la que ejemplificarlo, y poder hablar de la paradoja en sí, pero me hace mucha gracia como ciertas personas (en estos momentos me acuerdo de una física) toman una aptitud incrédula y de cerramiento total ante sus acepciones negativas cuando se pronuncia la palabra “extraterrestre”.

En realidad se trata de una realidad física, según la teoría clásica (nada de supercuerdas de momento), aunque nuestra mente se niegue a comprenderlo.

Yo la considero como un paso más allá de la consabida y comprobada paradoja de los gemelos. Y lo expongo como demostración de que la realidad, a veces, supera con creces a la ficción.

Recordemos la paradoja de los gemelos.

Uno de los gemelos a, pongamos, los 20 años de edad se va a realizar un viaje espacial en una nave que alcanza velocidades cercanas a la luz. Cuando vuelve del viaje se encuentra que su hermano gemelo ha envejecido enormemente comparado con él.

Y no es que se haya encontrado menos radicales libres en su camino, si no que realmente para el viajero ha pasado menos tiempo. 2 años en lugar de 10 por ejemplo.

Pero vayamos a nuestro caso. La paradoja es la siguiente:

Dos conocidos se cruzan en la calle. En ese preciso momento, justo en el mismo instante del cruce,  mientras para uno una civilización de la galaxia de Andrómeda viene a invadirnos, para el otro la decisión de la invasión aún no se ha tomado.

Ciertamente, para el que no sepa nada de esta paradoja es bastante “grillante”. De hecho, hemos mencionado Andrómeda, que es la galaxia importante más cercana, pero si elegimos una de las más lejanas la diferencia temporal podría llegar a ser realmente incomprensible (por ejemplo podría no existir esa civilización como civilización tecnológica, o incluso no existir simplemente).

Pero existe una demostración matemática para esta paradoja, que trataré de esbozar a continuación, al menos los principios físico-matemáticos en los que se basa, que son a su vez, la base de la relatividad especial de Einstein y Poincaré. Aunque todo proviene de la idea de espacio-tiempo de Minkowski, profesor de Einstein.

De hecho comenzaré por definir la distancia de Minkowski. Además, para poder representar el espacio-tiempo y ayudar a nuestro intelecto a asimilar la idea, nos centraremos en un espacio bidimensional, y el tiempo como tercera dimensión.

Usaremos una coordenada temporal t en el eje vertical, y 2 espaciales divididas por la velocidad de la luz (para simplificar la representación), medidas horizontalmente: x/c y z/c.

De esta forma, cada punto de este espacio-tiempo, representa un suceso, que tiene sólo existencia instantánea. Una partícula se representaría por una “línea de universo” mientras exista.

Basándonos en la propiedad de la teoría de la relatividad de que es imposible materialmente viajar más rápido que la luz, podemos dibujar “conos de luz” en esta representación tridimensional del espacio-tiempo.

La “distancia” minkowskiana, que tiene similitud con la distancia euclídea, pero con un significado diferente:

Distancia de minkonski

La distancia minkowskiana tiene el significado de tiempo “experimentado”.

Sólo para objetos en reposo t’=t, a medida que el punto aumenta de velocidad, t’ (distancia de Minkowski) disminuye, como podemos apreciar en la fórmula.

Normalmente, para objetos a bajas velocidades la diferencia es muy difícil de apreciar en cortas distancias, pero para un fotón que viaja a la velocidad de la luz (que dan lugar a las representaciones de “conos de luz”) t’=0. Es decir, y como ya he comentado innumerables veces en el blog, el tiempo se detiene. Un fotón no experimente el paso del tiempo.

Usando esta representación es muy fácil comprobar la veracidad de la paradoja de los gemelos.

Paradoja Gemelos

AC representa la “línea del universo” del gemelo que se queda en casa mientras que AB y BC representan el viaje de ida y vuelta, respectivamente, del gemelo viajero. Aplicando la distancia de Minkowski tendremos claramente que AC > AB + BC.

El tiempo experimentado por el gemelo casero es definitivamente mayor que el de su gemelo viajero (así que ya sabéis viajad si queréis que vuestros amigos envejezcan más rápidamente 😉 ).

Este efecto está comprobado y medido en infinidad de ocasiones, y como ya he dicho más de una vez, los GPSs no serían tan precisos sin considerarlo.

Los “espacios simultáneos” dentro de la geometría de Minkowski, son aquellos que representan el espacio en cada instante para un observador, es decir, el conjunto de sucesos que él considera simultáneos.

Para un observador en reposo es fácil pensar que serán planos perpendiculares al eje temporal. Sin embargo para un observador en movimiento estos espacios no son perpendiculares al eje temporal.

Espacios Simultaneos

Aquí incorporando el concepto de relatividad espacial, a través de los movimientos de Poincaré, descubriremos que tendrán una cierta inclinación, dependiendo de su “línea de universo”. Esta inclinación es en sentido contrario (de forma semejante a la distancia) al que cabría pensar en el mundo euclídeo. Aunque en realidad este sentido es indiferente para nuestra demostración.

Aún en pequeñas diferencias de velocidades, las diferencias temporales a grandes distancias pueden llegar a ser significativas.

En el caso del ejemplo (2 personas que paseando se cruzan, y Andrómeda), hablaríamos de 2 x 10 elevado a 19 kilómetros de distancia, y varios días de diferencia, en cuanto a lo que podemos considerar simultáneo.

Andromeda

Si aumentamos significativamente la distancia, yéndonos a otros supercúmulos de galaxias lejanos, la diferencia temporal se hace más y más acuciante.

Con las diferencias de velocidades y distancias adecuadas, puede incluso suceder que los mismos sucesos ocurran en orden distinto para 2 observadores.

Por ejemplo, un observador podría considerar simultáneos el hecho de que las naves espaciales de la civilización A se estén dirigiendo a la Tierra para invadirla, mientras que otra civilización B (muy alejada de la A, por su puesto), aún no tiene tecnología para viajes espaciales.

Sin embargo, para otro observador, en ese mismo instante, puede que la civilización B ya se esté dirigiendo a la Tierra a invadirnos, mientras que la civilización A aún o ha tomado esa decisión.

Esto es realmente “grillante”, ¿verdad?

Y, a pesar de todo, es cierto.

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Empiezo con los contra-argumentos a los contra-argumentos.

No he hecho cálculos con respecto a la energía necesaria – velocidad – tiempo observador – tiempo viajero, primero porque en la mayoría de casos deben ser tela de complicados, y segundo porque en realidad no lo considero necesario, y a continuación esgrimiré algunos de los argumentos que apoyan esta postura.

Todas las teorías expuestas hasta ahora se basan en lo científicamente establecido. Sin embargo, la ciencia, como la historia demuestra, es un paradigma en constante cambio.

Solo podemos asegurar una cosa: hoy en día la Física está incompleta. Hay 2 teorías incompatibles que tratan de explicar los fenómenos físicos a: la mecánica cuántica a nivel subatómico, y la teoría general de la relatividad a nivel macroscópico.

Para compatibilizar estos modelos y además unificar las Fuerzas conocidas, se han desarrollado una serie de teorías. La que a mí más me convence, y tiene muchos seguidores dentro de la física teórica, es la teoría de la supercuerdas, o mejor dicho las teorías de las supercuerdas, porque hay 5, aunque la teoría M las unifica en una (ésta es la que más me mola).

Estas teorías necesitan de la existencia de un número mucho mayor de dimensiones (10, 11 ó 26) a las habituales 3 espaciales + la temporal. Estas dimensiones adicionales abrirían la puerta a viajes que, incluso para el observador podrían realizarse en menos tiempo que el establecido por la distancia luz. Vamos que a nuestro joven extraterrestre le daría tiempo de volver a casa para la cena con sus moralmente rígidos padres.

¡¡¡Comorr!!! ¿Estoy diciendo que se puede viajar a mayor velocidad que la luz, incluso para el observador?. Bueno en realidad se trata de coger un “atajo” de tal forma que la distancia 3D a recorrer sería muy inferior a la inicialmente establecida.

¿¿¿¡¡¡Pero esto es así y lo puedo hacer yo con una pila-petaca y un imán patatero!!!??? No, por supuesto que no. Estamos hablando de una posibilidad teórica. Aunque se llegara a demostrar la teoría de las supercuerdas (cosa de la que estamos muy lejos, dada su naturaleza esquiva e infinitesimal), otra cosa sería que se pudieran aprovechar para crear puertas-paso entre 2 coordenadas del espacio-tiempo. En el mejor de los casos requeriría altísimas concentraciones de energía. Pero estamos hablando de civilizaciones que pueden llevarnos cientos de miles de años de ventaja en desarrollo científico-tecnológico. Es más que plausible.

Entonces, ¿todos mis argumentos se basan en esa teoría y en la posibilidad de abrir atajos (al estilo “desdoblamiento del espacio” del universo de Dune)?

No. Es sólo una posibilidad más. Lo que sí es importante es considerar que nuestro conocimiento físico de la realidad está incompleto, y que las leyes que hoy damos por cerradas y absolutamente inviolables, mañana tendrán un añadido y una nueva perspectiva que aumente todas las posibilidades. En resumen: seguimos estando en pañales, y pretendemos (deseamos) que todos los demás también.

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