La Naturaleza del Tiempo Relativista

En las anteriores entregas de esta serie dedicada al Tiempo, comenté la posible naturaleza de un instante y su medición hipotética del tiempo de Planck. También intenté dar forma al tiempo psicológico tal y como lo percibimos como seres humanos, pero aún hay otra naturaleza del tiempo más sorprendente si cabe, el Tiempo Relativo. Según la teoría de la Relatividad de Einstein, el tiempo es relativo y depende en gran medida del punto de referencia del observador y de su movimiento.

Relatividad Especial

La Teoría de la Relatividad Especial postula que la medida del tiempo no es absoluta, y que, dados dos observadores, el tiempo medido entre dos eventos por estos observadores, en general, no coincide, sino que la diferente medida de tiempos depende del estado de movimiento relativo entre ellos.

“Según la mecánica clásica, si Pedro viaja hacia el norte a 8 km/h encima de un tren que viaja hacia el sur a 8 km/h, a un observador en el suelo, pongamos Juan, le parecerá que Pedro está en reposo. Sin embargo, si Juan caminara a la misma velocidad en un tren que viaja hacia el norte, le parecería que está viajando a 16 km/h.

Pero según la mecánica relativista, si Pedro y Juan viajan en direcciones opuestas pero a velocidades cercanas a la luz, sus velocidades relativas no se sumarían, sino que ambas serían la velocidad de la luz ya que no se puede superar en ningún caso. Y esto ocurre precisamente porque sus tiempos son diferentes.”
Es decir, las medidas de tiempo y espacio son relativas, y no absolutas, ya que dependen del estado de movimiento del observador (es igual de correcto afirmar que el tren se desplaza respecto a la estación como que la estación se desplaza respecto al tren). Así pues, todo es relativo al observador excepto la velocidad de la luz, que siempre será la misma vista desde cualquier marco de referencia. Aunque dos observadores se muevan a una velocidad de 160.000 km/s uno respecto al otro, si ambos miden la velocidad de un mismo rayo de luz, los dos determinarán que se desplaza a 300.000 km/s.

“La teoría permitió establecer la equivalencia entre masa y energía cuya fórmula conocemos todos E=mc² (Energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado), así como una nueva definición del espacio-tiempo.”

 

Dilatación del Tiempo

Esta misma teoría también sostiene que existe un fenómeno llamado Dilatación del Tiempo. Un intervalo de tiempo medido por un observador que se mueve respecto de un reloj, es más largo que el intervalo de tiempo medido por un observador en reposo respecto del mismo reloj. Einstein afirmó que un reloj en movimiento funciona más despacio que un reloj en reposo. A partir de esto se afirma que todos los procesos físicos, químicos y biológicos se retardan respecto de un reloj estacionario, cuando dichos procesos ocurren en un marco en movimiento.

“La dilatación del tiempo ha sido comprobada numerosas veces. La rutina de trabajo en un acelerador de partículas desde los años 1950, como aquellos realizados en el CERN, es un test continuo de la dilatación del tiempo de la Relatividad Especial.”

La Paradoja de los Gemelos

La Paradoja de los Gemelos parte de la Relatividad Especial y se postula de la siguiente forma: se toma como protagonistas a dos gemelos (de ahí el nombre). El primero de ellos hace un largo viaje a una estrella en una nave espacial a una velocidad muy cercana a la de la luz, mientras que el otro gemelo se queda en la Tierra, pero cuando el gemelo de la nave regresa a la Tierra, es más joven que el gemelo terrestre.

De acuerdo con la teoría especial de la relatividad, y según su predicción de la dilatación del tiempo, el gemelo que se queda en la Tierra envejecerá más que el gemelo que viaja por el espacio a gran velocidad, porque el tiempo propio del gemelo de la nave espacial va más lento que el tiempo del que permanece en la Tierra y, por tanto, el de la Tierra envejece más rápido que su hermano.

Dilatación Gravitacional del Tiempo

La teoría de la relatividad general predice que el tiempo propio medido por un observador en reposo sobre la superficie de un planeta, es menor que el tiempo propio medido por otro observador en reposo respecto al primero pero situado a mayor altura. Es decir, el tiempo transcurre a diferentes ritmos en regiones de diferente potencial gravitatorio; cuanto mayor es la distorsión local del espacio-tiempo debido a la gravedad, más lentamente transcurre el tiempo. Esto se ha demostrado observando que los relojes atómicos a diferentes altitudes y, por lo tanto, a diferentes potenciales gravitatorios, muestran tiempos diferentes.

Si cogemos dos relojes atómicos perfectamente sincronizados (los relojes atómicos son capaces de medir mil millonésimas de segundo o sea 10^-9 segundos), y uno lo acercamos al Sol, cuyo pozo gravitacional es mucho mayor que el de la Tierra; y el otro lo dejamos en la superficie terrestre, observaremos que el reloj cercano al Sol mide el tiempo más lentamente que el de la Tierra. Si después volvemos a bajar el reloj del Sol a la superficie terrestre, ambos medirán de nuevo el tiempo al unísono, pero el que estaba en el Sol ha sufrido un retraso con respecto al de la Tierra. Así pues, en las cercanías de un Agujero Negro el tiempo se dilata y para un observador lejano, los acontecimientos ocurridos en sus inmediaciones parecerían transcurrir a cámara lenta. Y dentro del propio agujero el tiempo sería infinito.

“La dilatación gravitacional del tiempo se ha medido experimentalmente usando relojes atómicos en aviones. En 1971, J. C. Hafele y R. Keating, subieron varios relojes atómicos de cesio a bordo de aviones comerciales durante más de 40 horas y se comparó la lectura de éstos con otro idéntico en Tierra sincronizado con los primeros. Al comparar los relojes atómicos después del viaje, los de los aviones y el de la Tierra, ya no estaban sincronizados. Los relojes atómicos que habían volado estaban ligeramente retrasados. El efecto es lo bastante significativo como para que el Sistema de Posicionamiento Global (el GPS), necesite corregir periodicamente este efecto en los relojes a bordo de satélites artificiales.”

“También ha sido confirmada por el experimento de Pound y Rebka (Es un experimento de corrimiento al rojo gravitacional, que mide el corrimiento al rojo de la luz que se mueve en un campo gravitatorio). También se ha confirmado por observaciones del espectro de la enana blanca Sirio B y por experimentos con las señales de tiempo enviadas a y desde el módulo de descenso a Marte Viking 1.”

Fuentes y Referencias:

Teoría de la Relatividad Especial (Wikipedia)

Dilatación del Tiempo (Wikipedia)

Dilatación Gravitacional del Tiempo (Wikipedia)

Campo Gravitatorio (Wikipedia)

Paradoja de los Gemelos (Wikipedia)

Historia del Tiempo de Stephen Hawking, Editorial Crítica y Grijalbo Mondadori Barcelona, (1996)

Visto lo visto y dado que está probado experimentalmente, podemos deducir que el Tiempo es relativo y local y no la magnitud absoluta que le atribuimos, tan distinto para cada observador, como lo es el tiempo psicológico.