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¿Es el tiempo sólo una ilusión de nuestra mente?

¿Te preguntaste alguna vez qué es el tiempo?
Por Daniel Mantovani


Tal vez podríamos definirlo como una serie de sucesos que se nos escapan. Para un sujeto recién nacido el tiempo pasa muy lento, a medida que nos hacemos mayores el tiempo pasa cada vez más rápido, nos da la sensación que los años pasan cada vez más deprisa a pesar que el tiempo es el mismo para todos. Nuestra sociedad actual parece ir a un ritmo más acelerado en comparación que siglos anteriores. ¿Significa que nuestra sociedad llegará a un punto en que esto sea insostenible, o será que el tiempo cambió? Quizás cambió el modo en que lo percibimos, llevándonos a pensar que el tiempo es una ilusión creada por la mente. El tiempo se nos escapa, el presente es lo único que existe, pero es efímero. El tiempo parece maldecirnos, se esfuma cada segundo ante nuestra percepción, se aleja al pasado y solo permanece ante nosotros en nuestros recuerdos. El futuro se presenta como algo que no ha sucedido, nos hace envejecer y en definitiva ser mortales.

Si bien ésta interrogante ha existido desde el origen mismo del pensamiento humano, aun hoy en día no tenemos una respuesta del todo clara, quizá porque nuestra propia mente nos limita a interpretarlo. Pero veamos cómo podemos llegar a entender un poco mas al respecto. Recurriremos a las teorías más fascinantes en el mundo de la física, y en especial a una originada en la mente de uno de los más grandes genios del siglo XX: Albert Einstein. Descubriremos que todo comienza con el simple interrogante de determinar qué es el movimiento.


De Aristoteles a las Leyes de Newton

Nuestras ideas sobre el movimiento de los cuerpos datan de Galileo y Newton. Antes de ellos, regía la teoría aristotélica, quien sostenía que el estado natural de los cuerpos era estar en reposo y que se movían solo si eran impulsados por una fuerza o un impacto. Como también así un cuerpo más pesado debía caer más rápidamente que uno ligero porque sería atraído hacia la tierra con mayor intensidad. El creía que todas las leyes que gobiernan el universo se podían deducir por puro razonamiento. Fue así que Galileo demostró por experiencia que las creencias de Aristóteles eran falsas, usando como ejemplo el dejar rodar por una suave pendiente, bolas de pesos distintos, sometiendo a la caída vertical de cuerpos pesados por rotación en pendiente.



Las medidas de Galileo indicaron que la tasa de aumento de velocidad era la misma para todos los cuerpos, independientemente de su peso. Fue en la luna donde David. R. Scott realizó el experimento de la pluma y el peso de plomo y comprobó que, efectivamente, ambos chocaban con el suelo en el mismo instante (por la evidente ausencia de aire evitando la resistencia de la misma con la pluma).


Estas mediciones de Galileo fueron utilizadas por Newton para establecer sus leyes del movimiento, dando origen a la primera Ley de Newton, donde se establece que un cuerpo seguirá en movimiento en línea recta a velocidad constante, si sobre dicho cuerpo no actúa ninguna fuerza. Lo que ocurre cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo es descrito por la segunda ley de la Newton, que establece que el cuerpo se acelerará, es decir, cambiará su velocidad, a un ritmo proporcional a la fuerza.

Además de las leyes del movimiento, la teoría de Newton de la gravedad describe cómo determinar la intensidad de un tipo de fuerza particular: la gravedad. Esta teoría afirma que cada cuerpo atrae a cualquier otro cuerpo con una fuerza proporcional a la masa de este, es decir, que la fuerza entre dos cuerpos es el doble de intensa si uno de ellos tiene doble masa. Podemos comprender ahora porque todos los cuerpos caen con el mismo ritmo. Según la ley de Newton de la gravedad, un cuerpo con el doble de masa será atraído por el doble de fuerza de gravitación, pero también tendrá dos veces más masa y por lo tanto, según dicha ley, la mitad de aceleración por unidad de fuerza. Según las leyes de Newton, estos dos efectos se anulan exactamente entre sí, de manera que la aceleración será la mismas, sea cual sea su peso.

La gran diferencia entre las ideas de Aristóteles y las de Galileo o Newton, es que el primero creía en un estado preferido de reposo, al que todo cuerpo tendería, si no fuera movido por alguna fuerza o impacto. Pero de las leyes de Newton se sigue que no hay un único patrón de reposo, no es posible determinar si un cuerpo se mueve en relación con el otro. Ya que tanto podría afirmarse que el cuerpo A está en reposo y el cuerpo B se mueve a velocidad constante con respecto a A, como que el cuerpo B está en reposo y el cuerpo A se mueve.

Si a esto lo aplicamos a el ejemplo de un tren en el planeta tierra, no hay manera de decir si se mueve la tierra o se mueve en tren. Entonces… ¿Quién tiene razón? ¿Newton o Aristóteles?

Imaginemos que estamos encerrados en una caja y que no sabemos si ésta se halla en reposo en un vagón o en tierra firme (el patrón de reposo para Aristóteles), pero no hay manera de darnos cuenta. Si hacemos el mismo experimento, pero con el tren en marcha, daría exactamente el mismo resultado que si la caja estuviera en la tierra (suponiendo que en la vía del tren no hubiera protuberancias, curvas o imperfecciones).

Así funciona el mundo, y esto es lo que reflejan las leyes de Newton: no hay manera de decir si se está moviendo el tren o la tierra. El concepto de movimiento solo tiene sentido con relación a otro objeto.

En realidad, la falta de un patrón absoluto de reposo conlleva a profundas consecuencias físicas: Significa que no es posible determinar si dos acontecimientos que tuvieron lugar en momentos diferentes se produjeron en la misma posición en el espacio.

Para entenderlo mejor, supongamos que alguien en un tren que avanza a 40 metros por segundo hace rebotar una pelota de ping-pong sobre una mesa, en la misma posición, a intervalos de un segundo. Para esta persona, las posiciones entre rebotes sucesivos tendrán una separación espacial nula. En cambio, un observador situado junto a las vías afirmara que dos rebotes sucesivos se producen a cuarenta metros de distancia el uno del otro, ya que el tren se habrá desplazado a esta distancia entre los rebotes.

Relatividad de la distancia (N1)

Segun Newton, ambos observadores tienen el mismo derecho a considerarse en reposo, de manera que ambas perspectivas son igualmente aceptadas. No hay manera que salga favorecido respecto al otro, a diferencia de lo que ocurría en Aristóteles. A Newton le inquietaba esta falta de una posición absoluta, o de un espacio absoluto, porque no correspondía con su idea de un Dios absoluto. De hecho, se rehusó a aceptar la inexistencia de un espacio absoluto, aunque ello estaba implícito en sus leyes.

Tanto Aristóteles como Newton creían en el tiempo absoluto, es decir, en la posibilidad de medir sin ambigüedad los intervalos temporales entre acontecimientos, sin importar quien los midiera. A diferencia del espacio absoluto, el tiempo absoluto era coherente con las leyes de Newton y con el sentido común, pero no fue hasta el siglo XX que descubrieron que el tiempo no era algo completamente separado e independiente del espacio. Y todo esto vendría con una nueva interpretación de las propiedades de la luz.


La Luz


El hecho de la que luz viaje a velocidad finita, aunque es muy elevada, fue descubierto por el astrónomo danés Ole Christensen Roemer. Observando las lunas de Júpiter advirtió que de vez en cuando desaparecen de vista porque pasan por detrás del planeta gigante. Estos eclipses de las lunas de Júpiter deberían producirse a intervalos regulares, pero Roemer observó que no estaban espaciados con la regularidad esperable. Por lo que propuso que, si la luz viajara con velocidad infinita, en la tierra veríamos los eclipses a intervalos regulares, exactamente en el momento en que se producen. Como la luz recorrería instantáneamente cualquier distancia, esta situación no cambiaría si Júpiter se acercara o alejara de la tierra.

Imaginemos, en cambio, que la luz viaja con velocidad finita. Entonces veremos cada eclipse un cierto tiempo después de haberse producido. Este retraso depende de la velocidad de la luz y de la distancia de Júpiter respecto a la tierra. Si esta no variara, el retraso sería el mismo para todos los eclipses.


Separación temporal de los eclipses de las lunas de Júpiter

A medida que Júpiter se acerca a la tierra, la “señal” de cada eclipse sucesivo tendrá menos distancia que recorrer. Y a medida que se aleja tendrá más distancia que recorrer. El grado de avance o retraso de esta llegada depende del valor de la velocidad de la luz y, por ellos, nos permite medirla. Esto es lo que hizo Roemer, dándole como resultado 225.000 km/s en lugar del moderno valor de 300.000 Km/s, debido a la medición errónea entre la tierra y Júpiter, siendo de igual modo una hazaña admirable de Roemer.

Con la llegada del físico británico James Clerk Maxwell, se logró unificar las teorías parciales utilizadas para describir las fuerzas de la electricidad y el magnetismo. Las ecuaciones de Maxwell predecían la existencia de perturbaciones del tipo ondulatorio de lo que denomino “campo electromagnético”, y que estas viajan con una velocidad fija, como ondas en un estanque. Cuando calculó esta velocidad, halló que coincidía exactamente con la velocidad de la luz.

Las consecuencias de la teoría de Maxwell de que las ondas luminosas o las ondas de radio viajaban con una velocidad fija eran difíciles de conciliar con la teoría de Newton, ya que, no existe un patrón de reposo absoluto, no puede existir un acuerdo universal sobre la velocidad de un objeto. Para entender el por qué, imaginemos que nuevamente estamos jugando al ping-pong en el tren: Si lanzamos la pelota hacia delante con una velocidad que, según nuestro oponente, es de 10 km/h, esperaríamos que un observador quieto en el andén viera que la pelota se mueve a 100 k/h: Los 10 km/h de la velocidad con respecto al tren, más los 90 km/h con lo que suponemos que se esté moviendo respecto al andén. ¿Cuál es la velocidad de la pelota: 10 km/h o 100 km/h? ¿Cómo la definimos? ¿Con respecto al tren o con respecto a la tierra?


Las diferentes velocidades de la pelota de ping-pong

Para conciliar la teoría de Maxwell con las leyes de Newton, se sugirió la existencia de una sustancia denominada <éter>, que estaría presente por doquier. Siendo este un fluido hipotético invisible, sin peso y elástico, que se consideraba llenaba todo el espacio y constituía el medio transmisor de todas las manifestaciones de la energía.

Pero no fue sino hasta 1905, que un empleado entonces desconocido de una oficina suiza de patentes, Albert Einstein, hizo notar que la idea misma de un éter resultaba innecesaria, siempre y cuando uno estuviera dispuesto a abandonar la idea de un tiempo absoluto. La teoría de la relatividad, como fue llamada, establece que las leyes de la ciencia deben ser las mismas para todos los observadores que se muevan libremente, sea cual sea su velocidad. Esto nos obliga a cambiar nuestro concepto de tiempo. En relatividad los observadores en el tren y en el andén discreparían sobre la distancia que ha recorrido la luz y, como la velocidad es la distancia dividida por el tiempo, la única manera para que pudieran coincidir en el valor de la velocidad de la luz sería que discreparan en el tiempo transcurrido. En otras palabras, ¡La teoría de la relatividad puso fin a la idea de un tiempo absoluto! Debemos aceptar que el tiempo no está completamente separado del espacio, ni es independiente de este, sino que se combina con él para formar una entidad llamada espacio-tiempo.


La teoría de la relatividad

Interpretando las teorías planteadas de la relatividad general especial podemos llegar a dilucidar que el tiempo depende del movimiento mismo, lo que conlleva a que el tiempo se dilate según un cuerpo se mueva más rápido en relación con otro. Cuanto más se acerca un cuerpo o un individuo a la velocidad de la luz, más se nota la desaceleración temporal. La dilatación se empieza a notar a una velocidad mayor al 10% de la velocidad de la luz. También el tiempo transcurre más lentamente cuando un cuerpo experimenta una fuerza gravitacional mayor. Cuanto más rápido nos movemos, más lento es el devenir del tiempo. Todo está en movimiento y somos víctimas del paso del tiempo. Nada está inmóvil porque nada puede permanecer inmóvil. Cada objeto en el universo tiene distintas velocidades, por ejemplo, el tiempo de un astronauta es más lento con respecto a los habitantes de la tierra, porque se mueve a 8 km/s respecto a la tierra, siendo una millonésima de segundo más joven, inapreciable a fines prácticos pero significativo a velocidades mayores. 


Todo tiene que ver con el movimiento. Si el tiempo tuviera una constante, esa sería la velocidad de la luz. Cuando te mueves en cualquier dirección lo que es haces de dilatar el tiempo por velocidad. Como nada en el universo está en reposo, el tiempo nunca es constante. Supongamos que el tiempo se mueve en el espacio a casi 300.000 km/s, como el tiempo depende de la velocidad, al acercarse a la velocidad de la luz, el tiempo se vuelve más lento a tu alrededor, porque debe recorrer mayor distancia como se intenta expresar en el siguiente gráfico (T1). Vemos como la línea del tiempo al recorrer el espacio a gran velocidad se dilata en comparación con el sujeto que recorre el espacio a menor velocidad.


Alcanzar la velocidad de la luz significa tiempo cero, la velocidad frena el tiempo. Pero un observador externo que no esté viajando a grandes velocidades en el espacio sí seguirá viajando en el tiempo y se hará más viejo, antes. La dilatación del tiempo es aún más compleja que esto, pero es un ejemplo válido para entenderlo más fácilmente.

Eso significa que los objetos dependiendo de la velocidad que se muevan, experimentan una transformación temporal. La teoría de la relatividad de Einstein presenta un universo donde el espacio y el tiempo son inseparables y se influyen mutuamente, es decir, el tiempo es relativo. Los fenómenos se experimentan de diferente manera dependiendo del estado de movimiento de los observadores. La idea de un tiempo universal deja de tener sentido, ya que es el observador quien, según su velocidad, experimenta un tiempo propio.

La fórmula para determinar la dilatación del tiempo en la relatividad especial es:


Ecuación de Lorentz


Si bien no es necesaria entenderla ni tampoco vamos a dilucidarla, es bueno saber de dónde se obtiene el siguiente dato. Teorizando un viaje a la estrella más cercana a la tierra denominada Alfa Centauri y teniendo en cuenta que se encuentra a 4.37 años luz, viajando al 99,00% de la velocidad de la luz, ya que la materia no puede igualar dicha velocidad, el viaje tardaría menos porque el tiempo se dilata a esa velocidad. Desde el punto de vista de los observadores de la tierra, el viaje tardaría 4.37 años y en la nave sólo hubiesen pasado 224 días. Dando un viaje total de ida y vuelta de 1.23 años para los tripulantes y 8.74 años para los observadores terrestres como se puede observan en los gráficos (T2 Y T3).



Cuanto más se aproxime la velocidad de la nave a la velocidad de la luz, el tiempo de la misma tenderá a cero, en perspectiva la velocidad de la nave será infinita. Pudiendo así viajar por el universo en un instante, pero para los observadores de la tierra pasarían miles o millones de años.

La velocidad de la luz en realidad es infinita porque el tiempo depende de la velocidad, es la percepción del observador externo la que limita esa velocidad y somos nosotros los que vemos la luz según nuestro tiempo.

Pudiendo así con esto llegar a una conclusión desconcertante de que el universo en realidad puede que ya esté muerto. Es el observador el que limita la realidad del tiempo y del universo. Para un fotón (partícula sin masa, solo energía y componente de la luz) el tiempo no existe, un viaje a través del universo se realiza en un solo instante y no es descabellado decir que la eternidad existe y es la luz misma.

Podemos entender al universo como una película arquetípica que se proyecta a través de la luz y si alguien pudiera ser solo luz o la luz fuera consciente de sí misma, entonces percibirá que todas las cosas están sucediendo al mismo tiempo. La dilatación del tiempo ha sido comprobada de manera experimental en las últimas décadas usando relojes atómicos y aceleradores de partículas, como así también la detección de las ondas gravitacionales generadas por las distorsiones en el espacio-tiempo. Por más difícil que resulte de creer, es totalmente real, viajar a la velocidad de la luz significa viajar en una máquina del tiempo al futuro. Cuando estás viajando en un vehículo, ya estás viajando en una máquina del tiempo al futuro, pero son transportes que van muy lentos para que los efectos sean apreciables en nuestras vidas. Lo podemos ver en este gráfico (T4), donde C es la velocidad en la que viaja la luz, Delta T el periodo de movimiento del observador y Delta T´es el periodo de movimiento del viajero.



Se trata del llamado factor de Lorentz, extraído de la teoría especial de Einstein, por el que calculamos la dilatación temporal según la velocidad del viajero. En el gráfico vemos cómo el factor de Lorentz aumenta de manera exponencial cuanto más nos acercamos a la velocidad de la luz. También se observa que al acercarse a la velocidad C, la gráfica adopta un comportamiento asintótico, explicitando que la energía necesaria para alcanzar esta velocidad es infinita. Lo que nos lleva a deducir que, para cualquier observador, la velocidad de la luz es idéntica. Si tomamos en cuenta que, al calcular la velocidad de un objeto en la vida cotidiana, ésta siempre se suma a la velocidad inicial a la que proyectamos el objeto. Es decir, si viajamos en automóvil y disparamos un proyectil en la misma dirección en la que nos desplazamos, la velocidad del proyectil se suma a la velocidad del vehículo en movimiento, pero esto no ocurre con la luz, sin importar que ocurra, siempre viajará a la misma velocidad y es el espacio quien se adaptara para que esto ocurra, mediante la contracción o dilatación.

Otro de los principios aceptados por los físicos, es que el tiempo va para adelante y nunca para atrás y esto lo explica la segunda ley de la termodinámica. La entropía significa que las cosas van del orden al desorden. Esto lo dijo Stephen Hawking cuando comentó en su libro “Breve historia del tiempo”, la existencia de un tiempo psicológico. Nuestro cerebro procesa la relatividad temporal y fundamentalmente la entropía por alguna razón que la ciencia neurológica aún no ha logrado explicar. Una parte de nuestra psique interpreta el devenir en términos de pasado, presente y futuro. Estamos atrapados en un cerebro limitado que entiende así de esta forma tan peculiar el tiempo.

El tiempo no existe, nuestra existencia y muerte es una mera ilusión creada por el observador externo. No hay antes, ni después. Una de las nociones que pueden dejarnos más desconcertados es que en teoría nuestro pasado sigue existiendo en alguna parte del universo. Como espacio y tiempo son inseparables e interactúan, todos y cada uno de los acontecimientos de nuestras vidas ocurren en un espacio-tiempo diferente; aunque sucedan en lo que creemos que es el mismo sitio. Por ejemplo, ahora estás leyendo éste artículo, pero tu yo actual ya no ocupa el mismo espacio-tiempo que el de hace un segundo. El que dejaste atrás sigue existiendo en otro plano, aunque no lo puedas ver… y así cada segundo que pasa nuestra existencia es una sucesión de instantáneas.

Creemos que el tiempo es el que és porque así lo percibe nuestro cerebro, pero para otras especies el tiempo no es igual. Para entenderlo mejor nos fijamos en un reloj con segundero, como seres humanos vemos la aguja que marca los segundos avanzar a una velocidad concreta, pero a una tortuga, por ejemplo, le parecerá que lo hace dos veces más rápido, como a su vez para la mayoría de las especies de moscas cada pico ocurriría unas 4 veces más lento que para nosotros. De hecho, la percepción del paso del tiempo difiere dependiendo de la especie, esto ocurre porque los animales ven el mundo que los rodea como un vídeo continuo. La velocidad en la que esas imágenes son procesadas se conoce como el “ritmo de fusión del parpadeo”. La visión rápida requiere más energía que la lenta, lo que explica por qué no todos los ojos de las especies tienen el ritmo de fusión de parpadeo más alto. Pero en realidad los ojos registran imágenes estáticas y las envían al cerebro en forma de destellos a un ritmo determinado por segundo. El promedio para los humanos es de 60 destellos por segundo, para las tortugas 15 y para las moscas 250.

Hemos visto que el tiempo es una ilusión creada por el cerebro que no es igual para todos. Y no sólo eso, sino que nos movemos a una determinada velocidad y eso determina el pasar del tiempo. La conclusión a la que se podría arribar es que el tiempo es una dimensión más, y su percepción depende tanto del cerebro de la especie como de la velocidad a la que nos movemos. Por ende, es muy probable que la concepción de infinito y eternidad sean muy reales.


Fuentes:

Einstein: La teoría de la relatividad 


El espacio es una cuestión de tiempo- (David Blanco Laserna) 

Cálculo de la dilatacion temporal, ecuación de Lorentz: http://shellac.org/slu/slutime.html