En noviembre de 1915, Albert Einstein presentaba ante la Academia Prusiana de las Ciencias su teoría de la relatividad general, tan famosa como difícil de comprender. A pesar de eso, su trabajo ha cambiado nuestra visión del universo y redefinido conceptos como tiempo, espacio y gravedad. Sin ella no existirían los GPS… ni tampoco giraría la Tierra alrededor del Sol. Estas seis claves intentan aclarar algunos de los puntos más importantes del trabajo del físico alemán.

La velocidad de la luz es absoluta

«No importa lo rápido que viaje la luz, siempre se encuentra con que la oscuridad ha llegado antes y la está esperando» -Terry Pratchett-

Imaginemos que, como en un problema de matemáticas, viajamos en un tren a 100 km/h. Para quien nos observe desde el andén nos moveremos, efectivamente, a 100 km/h. Pero para otra persona otro vagón que se desplace por una vía paralela a 90 km/h, sólo nos moveremos a 10 km/h según su punto de vista.

Esto es así porque no existe un patrón absoluto de reposo: todos nos movemos respecto a algo. Aun mientras estamos sentados leyendo este artículo nos desplazamos sobre la Tierra a más de 100.000 km/h.

Todo cambió cuando, en 1865, el físico británico James Clerk Maxwell teorizó que la velocidad de la luz es siempre la misma para todos los observadores: tanto la persona que espera en el andén, como los dos pasajeros observan la luz a la misma velocidad, independientemente de lo rápido que se muevan. ¿Cómo era esto posible?

El tiempo es relativo

«Si conocieras al Tiempo tan bien como yo -le dijo el Sombrerero- no hablarías de malgastarlo» -‘Alicia en el país de las maravillas’-

El debate continuó hasta que en 1905, un desconocido trabajador de una oficina suiza de patentes llamado Albert dio con la clave: el tiempo no es absoluto.

Esto quiere decir, según explica a Teknautas el profesor de Física de la Universidad de Granada Arturo Quirantes, que «la distancia y el tiempo no son absolutos, sino que dependen del observador».

La velocidad expresa la distancia recorrida por un objeto por unidad de tiempo. Si los pasajeros de nuestros trenes imaginarios ven la luz con la misma velocidad pero la distancia recorrida es diferente esto sólo puede significar una cosa: que el tiempo no es el mismo para los tres.

Esta idea tan poco intuitiva da lugar a situaciones en apariencia contradictorias que sirven para comprender un poco mejor la nueva situación del tiempo tras Einstein. Hablamos de la paradoja de los gemelos.

El espacio-tiempo

La teoría de la relatividad especial (nombre que recibe la primera teoría de 1905) obliga también a redefinir los conceptos de espacio y tiempo, que no son independientes sino que se combinan en una entidad denominada espacio-tiempo.

Este concepto es difícil de comprender, pero puede visualizarse el tiempo como una especie de cuarta coordenada. Así como es posible definir un punto en el espacio mediante tres coordenadas, el tiempo sería un cuarto punto.

E=mc2

La fórmula más famosa del mundo y consecuencia directa de la teoría de la relatividad. Esta equivalencia entre masa (m) y energía (E) implica que la energía de un objeto que se mueve aumenta su masa, un efecto sólo apreciable a velocidades cercanas a la de la luz (c).

En el interior de esta teoría se encuentra la clave de por qué es imposible que un objeto alcance la velocidad de la luz: su masa se haría infinita y sería necesaria una energía infinita para llegar a esta velocidad. Sólo ondas sin masa como la luz pueden moverse a estas velocidades sin atentar con las leyes de la física.

¿Y qué pasa con la gravedad?

«La gravedad es una costumbre difícil de olvidar» -Terry Pratchett-

La teoría de la relatividad especial publicada por Einstein en 1905 solucionaba el problema de la velocidad de la luz absoluta… pero chocaba de frente con el concepto de gravedad existente.

Pensemos en la fuerza gravitatoria que ejerce el Sol sobre nuestro planeta: si de repente alguien robara nuestra estrella, tardaríamos ocho minutos en darnos cuenta, el tiempo que tarda la luz en llegar hasta la Tierra.

En realidad nunca nos enteraríamos: la Tierra saldría despedida fuera de su órbita inmediatamente. ¿Quiere esto decir que la fuerza de la gravedad tiene una velocidad infinita? ¿Acaso hay algo que pueda superar la velocidad de la luz? Este fue el quebradero de cabeza de Einstein hasta que, en 1915, enunció su teoría general de la relatividad.

La gravedad es una ‘ilusión’

Si conceptos como la relatividad del tiempo o la velocidad constante de la luz son poco intuitivos para nuestra mente, la definición de gravedad propuesta por Einstein en 1915 roza el surrealismo.

Según el físico, el espacio-tiempo no es plano, sino que está curvado (deformado) por la masa y energía que contiene. La gravedad sería entonces una consecuencia directa de este fenómeno, y no una fuerza.

Esto quiere decir que, cuando un objeto cae, en realidad «recorre un camino a lo largo del espacio-tiempo curvado de forma similar a una pelota que baja por una cuesta», aclara Quirantes. Sea una ilusión o no, será mejor no intentar volar.

Que una hora se nos haga eterna o pase en un suspiro depende de cada uno de nosotros. ¿Significa esto que el tiempo es relativo o que solo lo parece? Los científicos y filósofos también llevan siglos preguntándoselo.  

Por G.G.

Respiramos 16 veces por minuto y el corazón nos late unas 64. Nuestras frecuencias vitales son la experiencia más carnal de un tiempo que corre por nuestras venas de forma irreversible. Ahora bien, como dijo San Agustín, una cosa es percibir el tiempo y medirlo, y otra explicar su naturaleza, una cuestión que científicos y filósofos llevan dos mil años intentando responder.

Básicamente, todas las hipótesis enunciadas sobre su naturaleza desde la Antigüedad se reducen a dos corrientes de pensamiento: la absolutista y la mental. La primera, propuesta por Newton, Descartes o Hegel, concibe el tiempo desde una perspectiva física como algo real, independiente de la mente humana y los objetos materiales. Considera por tanto que fluye por sí mismo y puede medirse según leyes matemáticas. La segunda, más moderna, sostenida por Bergson, Dilthey, Husserl o Heidegger, entre otros, apuesta por la división entre el tiempo físico y el tiempo de la conciencia, el cual no se ajusta a las leyes físicas.

Conscientes de que quizá será imposible definir la naturaleza del tiempo, los científicos  han llegado a la conclusión de que lo más importante es saber medirlo. A avanzar en este sentido ha contribuido el descubrimiento, a principios del siglo XX, de dos unidades de medida naturales para la masa, la longitud y el tiempo: la velocidad de la luz, c, y la constante de Plank, h.

Saber que la velocidad de la luz es constante para todo observador, sin importar cómo se mueva éste, permitió a Einstein elaborar, en 1905, su teoría especial de la relatividad. Su conclusión más obvia fue que el intervalo de tiempo transcurrido entre dos sucesos, como la caída de dos rayos simultáneos en los dos extremos de un tren en marcha, difiere según la posición del observador. El que va en el vagón verá caer antes el rayo delantero, pero un observador fuera de la vía los verá caer simultáneamente. La conclusión es que la medición de un hecho no sólo depende de la posición del observador, sino también de la velocidad a la que se mueva; y, a medida que aceleramos, nuestra velocidad, espacio y tiempo cambian de forma drástica. Pero por muy relativo que parezca, esta teoría no dice que el tiempo sea subjetivo. Al contrario, las leyes físicas para medirlo son invariables siempre que los observadores estén en posiciones que se muevan a una velocidad constante.

Los postulados de Einstein han abierto nuevas posibilidades y preguntas. Por ejemplo, mientras la teoría general de la relatividad demuestra que el espacio-tiempo no es plano, sino curvado por la distribución de las masas, la teoría especial revela que si un gemelo pasara su vida viajando en una nave espacial a velocidades cercanas a la luz, cuando regresara a la Tierra sería más joven que el hermano que quedó aquí. O sea que el tiempo absoluto no existe, sino que cada individuo posee el suyo, dependiendo de dónde está y cómo se mueva.

Los científicos siguen abordando hoy estas cuestiones sin respuesta, como la dirección del tiempo, su principio o su fin, mientras nuestras respiraciones y latidos nos recuerdan que tempus fugit.

Algunas pistas falsas

A. Aquiles y la tortuga

Para demostrar su teoría sobre la imposibilidad del movimiento, el filósofo Zenón (460 a. C.) elaboró paradojas como la de la carrera entre Aquiles y la tortuga, que el héroe nunca ganará porque por cada paso suyo la tortuga avanza otro, o la de la flecha que parece volar pero que sólo está detenida en un conjunto de instantes y puntos superpuestos. Brillantes, pero irreales, juegos de lógica.

B. ‘Ecpírosis’

Término griego que designa la supuesta propiedad cíclica del tiempo. Es una teoría propia de sociedades arcaicas y acabó siendo sustituida por la visión judeo-cristiana, que considera el tiempo de forma lineal, caminando siempre de pasado a futuro.

C. El usurpador del tiempo divino

Los teólogos cristianos condenaron en el siglo XIV la invención del reloj mecánico porque venía a usurpar la medición del tiempo divina, en la que estaban basados los rezos monacales -laudes, prima, tercia, sexta, nona, vísperas y completas, por ejemplo-, que eran convocados a toque de campana.

TRES HIPÓTESIS

Teoría absolutista

Sostiene que tiempo y espacio existen con independencia de la mente humana y de los objetos materiales. Es decir, que son absolutos y fluyen por sí mismos. Es la teoría defendida por Newton en sus Principios matemáticos, donde determinó que el movimiento sería relativo, en contraposición a un espacio y tiempo absolutos. El carácter absoluto del tiempo fue, a partir de Newton, dominante en la filosofía moderna. Y sus leyes siguen siendo válidas a efectos de la vida diaria, e incluso se aplican en materias como la ingeniería.

Formas puras y apriorísticas de la mente

Aun reconociendo, como Newton, que al tiempo le sigue resultando esencial ser independiente con respecto de las cosas que en él se enmarcan, el filósofo Enmanuel Kant consideró que tanto tiempo como espacio eran formas puras proyectadas por la mente humana sobre el Universo. No son conceptos empíricos, deducibles de la observación, sino que toda experiencia, incluida la percepción de la realidad, los presupone. Por decirlo de otra manera, ambos conceptos son necesarios para entender el mundo y por eso nuestra intuición los representa unidos a la realidad externa.

Teoría fenomenológica

Representada por Henri Bergson, Alfred North Whitehead o Dilthey sostiene que el flujo del tiempo es un hecho metafísico que sólo puede ser comprendido con intuición no científica. Para estos pensadores de la teoría fenomenológica existen dos clases de tiempo: el físico o espacial, objeto de la ciencia que consideran falsificado, aquel en que tiene lugar la ‘duración’ de la vida interior de la conciencia, el cual no puede ser medido con las mismas leyes físicas, y el tiempo de la ciencia, que es siempre homogéneo, isotrópico y reversible (delante del signo t se puede poner un + o un -, y la ecuación física sigue siendo la misma), mientras que el interior es heterogéneo e irreversible.

UNA PRUEBA

La ‘flecha del tiempo’. Lo único que podemos afirmar del tiempo es que es una abstracción. No se puede ver, oír o tocar, y sólo se puede expresar en términos relativos, como medidas. El término ‘flecha del tiempo’, acuñado por Arthur Eddington, hace referencia a su carácter unidireccional y unidimensional. Según Stephen Hawking, existen tres clases de ‘flecha del tiempo’: la entrópica -el desorden siempre se incrementa a medida que transcurre el tiempo-, la psicológica -hay recuerdos del pasado, pero no del futuro- y la cosmológica -según el Big Bang, el universo está en expansión-. Las tres ‘flechas’ van unidas, apuntan en la misma dirección y se relacionan con el principio antrópico según el cual vemos el universo como lo vemos porque, si fuera diferente, no estaríamos aquí para observarlo.

5 PREGUNTAS CLAVE

¿Lo medimos con exactitud?

Desde 1967, el tiempo oficial se mide por las oscilaciones atómicas del cesio, que ‘atrasan’ un segundo cada 30.000 años.

Tiene el tiempo principio y final
El universo y el tiempo se originaron hace 15.000 millones de años, con el Big Bang. Si el universo frenara su expansión y se contrajese, el tiempo acabaría en 20.000 millones de años. Pero si sigue expandiéndose, no acabará nunca.

Es exacto nuestro calendario
Nuestro calendario perdía hasta 1583 12 minutos anuales, pero se reajustó adelantando la fecha 11 días y creando los años bisiestos. Hoy su error es de 26 segundos anuales.

Por qué no es la misma hora aquí que en Londres
El sistema Greenwich Meridian Time (GMT) establece que el tiempo se cuenta a partir del meridiano cero. Para saber la hora en un lugar, basta sumar o restar una hora por cada 15 grados de separación respecto de esta línea ficticia.

Será posible alguna vez viajar en el tiempo
Kurt Gödel, basándose en la teoría de que el universo gira sobre sí mismo, cree que esta circunstancia posibilita desplazamientos temporales sin contradecir la teoría de la relatividad. Su máquina podría extraer su energía, según J. Richard Gott, de las ‘cuerdas cósmicas’, unos hipotéticos residuos filamentosos que quedaron en el universo tras el Big Bang.