Espaciotiempo explicacion sencilla

Relación entre el tiempo y el espacio

Hoy hace cien años que Albert Einstein publicó su Teoría General de la Relatividad, una teoría brillante y elegante que ha sobrevivido un siglo y que proporciona la única forma exitosa que tenemos de describir el espacio-tiempo.

Sin embargo, hay muchos indicios teóricos de que la Relatividad General no es el final de la historia del espaciotiempo. Y de hecho, por mucho que me guste la relatividad general como teoría abstracta, he llegado a sospechar que puede habernos llevado a un desvío de un siglo en la comprensión de la verdadera naturaleza del espacio y el tiempo.

Llevo algo más de 40 años pensando en la física del espacio y el tiempo. Al principio, cuando era un joven físico teórico, me limitaba a asumir toda la estructura matemática de Einstein de la relatividad especial y general, y seguía trabajando en la teoría cuántica de campos, la cosmología, etc., sobre esa base.

Pero hace unos 35 años, inspirado en parte por mis experiencias en la creación de tecnología, empecé a pensar más profundamente en las cuestiones fundamentales de la ciencia teórica, y comencé mi largo viaje para ir más allá de las ecuaciones matemáticas tradicionales y, en su lugar, utilizar la computación y los programas como modelos básicos en la ciencia. Muy pronto hice el descubrimiento básico de que incluso los programas más sencillos pueden mostrar un comportamiento inmensamente complejo, y con los años descubrí que todo tipo de sistemas podían entenderse finalmente en términos de este tipo de programas.

Teoría del tiempo y el espacio

Recordemos lo difícil que es seguir los eventos en los extremos de la varilla. En un caso, los eventos de las reflexiones de la señal están uniformemente espaciados en el tiempo. En el otro, están escalonados. La diferencia es muy importante, ya que es una manifestación del efecto clave de la relatividad de la simultaneidad. Pero no basta con mirar la figura para ver el efecto. Hay que representar una pequeña película en la cabeza.

Un punto que se mueve inercialmente, es decir, un punto que se mueve uniformemente en línea recta en el espacio, está representado por una línea recta en un espaciotiempo. Pues tal movimiento cubre la misma distancia en el mismo tiempo.

Para tener un cono de luz, no necesitamos que la luz esté presente. Los conos trazan las trayectorias que tomaría la luz si ésta estuviera presente. Ya que sólo se trazan las posibilidades, no necesariamente las trayectorias de la luz real. El espacio-tiempo sigue teniendo una estructura de cono de luz en la oscuridad.

Para describir el cono de luz, acabamos de elegir un evento en el espaciotiempo e imaginamos todas las posibles trayectorias que la luz podría tomar al propagarse a través de ese evento. Podríamos haber elegido cualquier evento en el espaciotiempo. Habríamos encontrado conos de luz en cada uno de ellos. Eso significa que el espaciotiempo está completamente lleno de conos de luz. Hay uno en cada evento.

La curvatura del espacio-tiempo explicada

En un nivel fundamental, el Universo está formado por cuantos -entidades con propiedades físicas como la masa, la carga, el momento, etc. — que pueden interactuar entre sí. Un quantum puede ser una partícula, una onda o cualquier cosa en un extraño estado intermedio, según se mire. Dos o más cuantos pueden unirse, formando estructuras complejas como protones, átomos, moléculas o seres humanos, y todo eso está bien. Puede que la física cuántica sea relativamente nueva, ya que se fundó sobre todo en el siglo XX, pero la idea de que el Universo estaba hecho de entidades indivisibles que interactuaban entre sí se remonta a más de 2000 años, al menos a Demócrito de Abdera.

La ley de Gravitación Universal de Newton ha sido superada por la relatividad general de Einstein, pero… [+] se basaba en el concepto de una acción (fuerza) instantánea a distancia. Crédito de la imagen: usuario de Wikimedia commons Dennis Nilsson.

En el Universo de Newton, ese escenario era el espacio plano, vacío y absoluto. El propio espacio era una entidad fija, algo así como una cuadrícula cartesiana: una estructura 3D con un eje x, y y z. El tiempo transcurría siempre a la misma velocidad, y también era absoluto. Para cualquier observador, partícula, onda o quantum de cualquier lugar, deberían experimentar el espacio y el tiempo exactamente igual. Pero a finales del siglo XIX estaba claro que la concepción de Newton era errónea. Las partículas que se movían cerca de la velocidad de la luz experimentaban el tiempo de forma diferente (se dilataba) y el espacio de forma diferente (se contraía) en comparación con una partícula que se movía lentamente o estaba en reposo. De repente, la energía o el momento de una partícula dependían del marco, lo que significaba que el espacio y el tiempo no eran cantidades absolutas; la forma en que experimentabas el Universo dependía de tu movimiento a través de él.

Teoría del continuo espacio-tiempo

En la mecánica clásica no relativista, el uso del espacio euclidiano en lugar del espacio-tiempo es bueno, porque el tiempo se trata como universal con una velocidad de paso constante que es independiente del estado de movimiento de un observador.

Pero en un universo relativista, el tiempo no puede separarse de las tres dimensiones del espacio. Esto se debe a que la velocidad observada del paso del tiempo depende de la velocidad de un objeto en relación con el observador. Además, la fuerza de cualquier campo gravitatorio ralentiza el paso del tiempo para un objeto visto por un observador fuera del campo.

Dondequiera que exista materia, ésta curva la geometría del espacio-tiempo. Esto da lugar a una forma curvada del espacio-tiempo que puede entenderse como gravedad. Las líneas blancas de la imagen de la derecha representan el efecto de la masa en el espacio-tiempo.

En la mecánica clásica, el uso del espacio-tiempo es opcional, ya que el tiempo es independiente del movimiento en las tres dimensiones del espacio euclidiano. Sin embargo, cuando un cuerpo se mueve a velocidades cercanas a la de la luz (velocidades relativistas), el tiempo no puede separarse de las tres dimensiones del espacio. El tiempo, desde el punto de vista de un observador estacionario,[1] depende de la proximidad de la velocidad de la luz a la que se mueve el objeto[2].