COSAS ACERCA DE LA RELATIVIDAD

Al dar las coordenadas de un lugar, la mayoría de personas proporcionan la latitud, longitud y altitud. Pero hay una cuarta dimensión a menudo descuidada: el tiempo. La combinación de las coordenadas físicas con el elemento temporal crea un concepto conocido como el espacio-tiempo, un fondo para todos los eventos en el universo.

Según dijo Eric Davis: “En la física, el espacio-tiempo es el modelo matemático que combina el espacio y el tiempo en un solo continuo entretejido en todo el universo”.

Eric Davis, es físico y trabaja en el Instituto de Estudios Avanzados de Austin y con la Fundación Tau Cero. Esta especializado en la física del espacio-tiempo más rápida que la luz y la física anti-gravedad, ya que en ambos centros se utilizan ecuaciones de la relatividad general de Albert Einstein y la teoría de los campos cuánticos, así como la óptica cuántica, para llevar a cabo experimentos de laboratorio.

“La teoría especial de la relatividad de Einstein, publicada en 1905, adapto el modelo del universo del espacio-tiempo unificados de Hermann Minkowski para mostrar que el tiempo debe ser tratado como una dimensión física a la par de las tres dimensiones físicas del espacio- Altura, anchura y longitud- que experimentamos en nuestras vidas”.

“El espacio-tiempo es el paisaje sobre el que los fenómenos tienen lugar”, agrego Luca Amendola, miembro del Grupo de Trabajo de la Teoría Euclid

“Al igual que cualquier paisaje no está escrito en piedra, fijado para siempre, cambia sólo porque las cosas suceden – los planetas se mueven, las partículas interactúan, las células se reproducen-“dijo Davis.

La historia del espacio-tiempo.

La idea de que el tiempo y el espacio están unidos es un desarrollo relativamente reciente en la historia de la ciencia.

“Los conceptos de espacio se mantuvieron prácticamente lo mismo desde los primeros filósofos griegos hasta el comienzo del siglo 20- una etapa inmutable sobre la cual la materia se mueve”, dijo Amendola.

“El tiempo se suponía que era aún más inmutable, ya que, mientras uno se podía mover en el espacio a su gusto, nadie puede viajar en el tiempo libremente, ya que corre igual para todo el mundo”.

A principios de 1900, Hermann Minkowski investigo y construyo sobre las obras tempranas del físico holandés Hendrik Lorentz y del matemático y física teórico francés Henri Poincare para crear un modelo unificado del espacio-tiempo. Einstein, un estudiante de Minkowski, adaptó el modelo de Minkowski cuando publico su teoría de la relatividad en 1905.

Avances del espacio-tiempo

En la relatividad especial, la geometría del espacio-tiempo es fija, pero los observadores miden diferentes distancias o intervalos de tiempo de acuerdo a su propia velocidad relativa.

En la relatividad general, la geometría del espacio-tiempo cambia dependiendo de cómo la materia se mueve y es distribuida.

“La teoría general de la relatividad de Einstein es el primer avance teórico importante que resulto del modelo de espacio-tiempo unificado” dijo Davis.

La relatividad general llevo a la ciencia de la cosmología, el siguiente gran avance que llegó gracias al concepto de espacio- tiempo unificado.

“Es debido al modelo unificado del espacio-tiempo que podemos tener una teoría para la creación  y existencia de nuestro universo, y seremos capaces de estudiar todas las consecuencias que se derivan del mismo”, dijo Davis.

También explicó que la relatividad general predice los fenómenos como los agujeros negros y agujeros blancos. Que tienen un horizonte de sucesos, la frontera que marca en la que nada puede escapar, y el punto de singularidades en su centro, un punto unidimensional donde la gravedad se hace infinita.

La relatividad general también podría explicar la rotación de los cuerpos astronómicos que arrastran el espacio-tiempo con ellos, el Big-Bang y la expansión inflacionaria del universo, las ondas de gravedad, el tiempo y la dilatación del espacio asociado con espacio-tiempo curvo, la lente gravitacional causada por galaxias masivas, y la órbita cambiante de Mercurio y otros cuerpos planetarios, todo lo que la ciencia ha demostrado cierto.

Después de la Segunda Guerra Mundial, han encontrado una manera de incorporar matemáticamente la teoría especial de la relatividad de Einstein en la mecánica cuántica, dando a luz a la teoría de los campos cuánticos.

Más estados de la materia están siendo descubiertos mediante la teoría de la materia condensada, que utiliza la teoría cuántica de campos como su maquinaria matemática.

“La materia condensada tiene que ver con los estados exóticos de la materia, tales como los que se encuentran en el vidrio metálico, cristales fotónicos, metamateriales, nanomateriales, semiconductores, cristales, cristales líquidos, aisladores, conductores, superconductores, fluidos superconductores, etc.”, Dijo Davis. “Todo esto se basa en el modelo de espacio-tiempo unificado”.

El futuro del espacio-tiempo

Los aceleradores de partículas han estado estudiando partículas en rápido movimiento durante décadas.

“Una de las mejores confirmaciones de la relatividad especial son las observaciones de que las partículas, que deberían decaer después de un tiempo dado, toman, de hecho, mucho más tiempo cuando viajan muy rápido, como, por ejemplo, en los aceleradores de partículas”

“Esto se debe a que los intervalos de tiempo son más largos cuando la velocidad relativa es muy grande”

Futuras misiones continuaran sondeando el espacio-tiempo,  seguirán probando las ideas a escalas astronómicas, mientras mapean la geometría de la energía oscura y la materia oscura, las misteriosas sustancias que componen la mayor parte del universo.

Los observatorios Ligo y Virgo continúan estudiando las ondas gravitacionales, ondulaciones en la curvatura del espacio-tiempo.

“Si pudiéramos manejar los agujeros negros de la misma manera en que manejamos las partículas en los aceleradores, aprenderíamos mucho más sobre el espacio-tiempo”, dijo Amendola.

“Los físicos tienen una excelente comprensión del concepto de espacio-tiempo en los niveles clásicos proporcionados por dos teorías de la relatividad de Einstein,  con su teoría de la relatividad general siendo la obra magna de la teoría del espacio-tiempo”, dijo Davis.

“Sin embargo, los físicos no tienen todavía una idea sobre la naturaleza cuántica del espacio-tiempo y la gravedad”. Luca Amendola estuvo de acuerdo, señalando que si bien los científicos entienden el espacio-tiempo a través de distancias más grandes, el mundo microscópico de las partículas elementales queda menos claro. Podría ser que el espacio-tiempo a distancias muy cortas toma otra forma y tal vez no es continuo.

“Pero todavía estamos muy lejos de esa frontera”, dijo Amendola.

Los físicos de hoy no pueden experimentar con los agujeros negros o alcanzar las altas energías en la que se espera que los nuevos fenómenos se produzcan. Incluso las observaciones astronómicas de los agujeros negros siguen siendo insatisfactorias debido a la dificultad de estudiar algo que absorbe toda la luz. Los científicos deben utilizar en su lugar sondas indirectas.

“Entender la naturaleza cuántica del espacio-tiempo es el santo grial de la física del siglo 21, estamos atrapados en un atolladero de múltiples teorías nuevas propuestas que no parecen funcionar para resolver este problema”

Pero Amendola se mantiene optimista: “Nada nos está frenando, es que solo se necesita tiempo para entender el espacio-tiempo”