Albert Einstein es uno de los físicos más famosos del siglo XX. Sin embargo, además de teorías asombrosas que describen el mundo a gran escala con una precisión increíble, reveló un fenómeno curioso: cuanto más fuerte es la gravedad, más lento pasa el tiempo.
Einstein llamó a su primera teoría conocida en todo el mundo la teoría especial de la relatividad. Fue especial porque se trataba de velocidades constantes. Para reconciliarlo con el mundo real, en el que los objetos se aceleran y desaceleran constantemente, necesitaba investigar las implicaciones de su teoría en lo que respecta a la aceleración. Este intento de generalizar y tener en cuenta todos los fenómenos generales llevó al descubrimiento de la relación entre el tiempo y la gravedad. Einstein llamó a su nueva teoría Relatividad General.
Newton creía que el flujo del tiempo es como una flecha. Se mueve de manera constante solo en una dirección: hacia adelante. Einstein sugirió que el tiempo cambia en proporción inversa a la velocidad. Y por su fluidez, como el espacio, "merecía" su propia medida. Además, Einstein argumentó que el espacio y el tiempo son un todo único: un tejido flexible de cuatro dimensiones en el que tienen lugar todos los eventos del Universo. Así lo llamó él: el tejido del espacio-tiempo. Cuando el físico publicó su trabajo con todas sus conclusiones, fue recibida con incredulidad.
Según la Relatividad General, la materia estira y contrae el tejido del espacio-tiempo. Resulta que los objetos no son atraídos por el centro de la Tierra de alguna manera misteriosa, sino que, por el contrario, son empujados por el espacio curvo que los rodea. Como una pendiente, la curvatura del espacio-tiempo acelera los objetos que se mueven hacia abajo, aunque la tasa de esta aceleración no siempre es la misma. La fuerza de la gravedad aumenta a medida que te acercas a la superficie de la Tierra, donde la curvatura es más intensa.
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La historia del universo en la flecha del tiempo.
Si la fuerza de la gravedad aumenta a medida que se mueve hacia abajo, el objeto caerá libremente al punto B en la superficie más rápido que al punto A a una altitud mayor. De acuerdo con la Teoría Especial de la Relatividad, el tiempo para un objeto en caída libre en el punto B debería ser más lento en relación con el objeto en el punto A debido al hecho de que la velocidad del objeto en el punto B es mayor.
Que es el tiempo
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¿Qué hora es la correcta? Einstein postuló que no hay tiempo absoluto. El tiempo es relativo en función del sistema de fuerzas al que está sometido. Esto se denomina formalmente marco de referencia. El tiempo que pasa dentro de su sistema se llama su propio tiempo. Si las leyes del movimiento deben ser las mismas para todos los observadores, independientemente de su movimiento, entonces el tiempo debe ralentizarse. Es decir, cuanto más rápido se mueva, más lento su reloj en relación con otros relojes. Esto es lo que la heroína Anne Hathaway le dijo al personaje de Matthew McConaughey en "Interstellar" después del descenso a un planeta lejano: "Una hora en este planeta es igual a siete años terrestres".
Entonces, ¿observar la ralentización del tiempo es una limitación de nuestra estructura neurológica primitiva, o el tiempo realmente se ralentiza? ¿Y qué significa realmente la dilatación del tiempo? Al final, esto nos lleva a la pregunta: ¿qué es el tiempo? Esta no es solo una pregunta que los estudiantes de filosofía se hacen unos a otros con un vaso de cerveza. El concepto de tiempo ha desconcertado a los filósofos naturales y físicos desde tiempos inmemoriales.
La función principal del tiempo es realizar un seguimiento de la cronología de los eventos. Sin embargo, hasta los últimos 400 años, la gente ha determinado el tiempo basándose en la suposición de que las estrellas se mueven alrededor de la Tierra y no al revés. Independientemente, todo funcionó razonablemente bien, porque los días y las estaciones se repitieron de manera predecible, y cuando tienes algo que se repite de manera predecible, existe un mecanismo para realizar un seguimiento del tiempo.
Galileo utilizó la naturaleza recursiva de dicho mecanismo para calcular el movimiento. La descripción del movimiento sería imposible sin alguna designación de tiempo. Pero esta vez nunca ha sido absoluta. Incluso cuando Newton formuló sus leyes del movimiento, utilizó el concepto de tiempo, en el que dos pares de relojes marcan sincrónicamente no con el tiempo absoluto e independiente, sino entre sí. La sincronización es la razón por la que la humanidad ha construido un reloj atómico tan sofisticado y preciso.
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El concepto de tiempo se basa en la simultaneidad o coincidencia decisiva de dos eventos, como la llegada de un tren y la coincidencia única de las manecillas del reloj en ese momento. La teoría de Einstein establece que esto debe estar influenciado por el movimiento. Si los dos observadores en el andén y el tren no pueden ponerse de acuerdo sobre qué es al mismo tiempo, no pueden ponerse de acuerdo sobre cómo fluye el tiempo.
El movimiento distorsiona el tiempo
Para comprender el efecto del movimiento en la previsibilidad, considere un mecanismo de sincronización simple. Imagine un aparato de seguimiento del tiempo que consiste en un fotón que rebota entre dos espejos espaciados a una distancia finita. Deje pasar un segundo durante el período de reflexión del fotón. Ahora colocaremos dos de estos dispositivos en los puntos A y B sobre la superficie de la Tierra y directamente sobre ella (como en el ejemplo descrito anteriormente) y veremos cómo cuentan el tiempo cuando un objeto que cae libremente pasa junto a ellos. A su vez, este objeto mide su propio tiempo utilizando el mismo reloj. ¿Qué mostrarán?
Observar el reflejo de un fotón entre dos espejos en movimiento es como ver una pelota de tenis rebotando en un tren en movimiento. Incluso si la pelota rebota perpendicularmente a alguien en el tren, describe triángulos para un observador estacionario afuera.
Un experimento con un reloj que cae.
Cuando el aparato avanza, parece que el fotón, como una bola, recorre una distancia mayor después de reflejarse. ¡Resulta que un resultado de nuestro experimento está distorsionado! Además, cuanto más rápido se mueve el aparato, más tiempo tarda el fotón en reflejarse, extendiendo así la duración de un segundo. Por eso el paso del tiempo en el punto B resulta ser más lento que en el punto A (recuerda: debido a la gravedad, el objeto cae en el punto B más rápido que en el punto A).
Por supuesto, esta diferencia es insignificante. La diferencia entre el tiempo medido por los relojes en las cimas de las montañas y en la superficie de la Tierra es de solo unos pocos nanosegundos. Sin embargo, el descubrimiento de Einstein fue un verdadero avance. La gravedad realmente interfiere con el paso del tiempo, lo que significa que cuanto más masivo es un objeto, más lento fluye el tiempo cerca de él. Algunos físicos incluso hacen la reserva de que todos los objetos del Universo parecen sentirlo e intentan caer donde el tiempo pasa más lento, desde lugares donde el tiempo pasa más rápido.
Campo gravitacional de la Tierra y satélite GPS.
Piernas más jóvenes que la cabeza
Hoy en día, la dilatación del tiempo gravitacional no es solo un fenómeno conocido en el campo de la física teórica, sino también una herramienta práctica. Gracias al descubrimiento de Einstein y sus ecuaciones, tenemos algo tan maravilloso como la navegación GPS, que no podría funcionar con tanta precisión si no se tuviera en cuenta la diferencia entre el curso del tiempo en la superficie de la Tierra y el curso del tiempo en la órbita cercana a la Tierra. La dilatación del tiempo gravitacional también ayuda a los físicos teóricos y astrofísicos a construir teorías precisas sobre lo que sucede en el espacio distante cerca de objetos a los que no podemos acercarnos físicamente (por ejemplo, agujeros negros y estrellas de neutrones). Y sí, dado este fenómeno, resulta que tus piernas, aunque infinitamente insignificantes, son más jóvenes que tu cabeza.
Vladimir Guillén
