El problema del tiempo ha sido tomado hasta inicios del siglo XX como una dimensión independiente de lo material. Se ha conjeturado sobre viajes al futuro o al pasado donde el tiempo es la magnitud que se busca controlar. Actualmente se tiene una idea del viaje al futuro como la aplicación de una pausa a las funciones de un sistema, por ejemplo en los procesos de hibernación de algunos mamíferos, o más claro aún, el congelamiento de batracios que sobreviven a sus deshielos transcurrido el invierno. La ciencia de la criogenia hace experimentos con seres humanos congelándolos para despertarlos en un futuro donde sea posible reanimarlos. En todos estos casos se trata de detener las funciones mínimas de la materia. Sin embargo un viaje al pasado es lo que no parece tan simple y todavía no tenemos suficientes fundamentos para tratarlo de una forma coherente.
Hoy en día en que los satélites juegan un papel importante en los sistemas de navegación o posicionamiento global, está comprobada la influencia gravitatoria sobre el tiempo, y no se pueden obviar sus efectos al diseñar sus sistemas informáticos ya que son colocados en órbita a una distancia considerable de la tierra.
Como estudiantes de Física, sabemos que el tiempo es relativo y nos limitamos a la demostración matemática, pero no profundizamos en la naturaleza de lo que acontece.
Motivo de mi investigación es tratar de dar una descripción de los diferentes transcursos de tiempo sujetos a influencia gravitatoria, planteando un caso ideal en el que interviene la conservación del Momento y la variación del transcurso del tiempo.
Basándome en conceptos básicos como son las ideas del movimiento rectilíneo uniforme, el centro de masa, y el desecho del concepto de tiempo absoluto, intento aproximarme a la realidad de la expansión del universo.
Se justifica una expansión del universo con aceleración relativa si damos por establecido lo siguiente:
- El tiempo se relaciona con el movimiento, en particular con los movimientos inerciales.
- La rapidez del tiempo se incrementa con la distancia a cuerpos de gran masa.
- El efecto gravitatorio de las galaxias separándose es el mismo que el de la masa universal concentrada en un punto centro de masa, cuando actúa sobre una galaxia.
El tiempo es una sucesión de estados correspondientes a una variación de energía o cambio de posición. Siendo así, en un sistema se le puede cuantizar por estados, si queremos independizarnos de relojes referenciales. Si ocurre un ciclo inercial, se reiniciaría la cuenta desde cero al medir el tiempo. Entendiéndose por ciclo inercial aquel que una vez finalizado queda en las mismas condiciones iniciales y durante el cual no hay pérdida de energía.
Mis conclusiones son:
- La materia-energía puede existir sin tiempo.
- El tiempo no puede existir sin materia-energía.
Según la primera ley de la termodinámica que nos dice: "La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma", y de la equivalencia entre masa y energía dada por la Física moderna la cual considera a la masa como energía condensada y a la energía como materia disipada; considerando un sistema adiabático que contiene una partícula estable, esperamos que ésta permanezca inalterable mientras no reciba una perturbación externa al sistema. De esta forma no tiene sentido decir que la partícula envejece. Es lo que he tomado como un ejemplo de un sistema independiente del tiempo .
El giro de un electrón sobre su eje es lo que se conoce como su spin y es lo que he considerado un ciclo inercial, dado que está continuamente girando.
En el universo interactúan los sistemas microscópicos con los macroscópicos. Consideremos un sistema macroscópico sin interacción externa, mientras los ciclos inerciales en los sistemas microscópicos internos no produzcan reacciones físico-químicas que alteren la naturaleza inicial, el sistema macroscópico no cambiará de estado, permanecerá inalterable, o podría interpretarse como un viaje al futuro de este sistema respecto a otros que sí cambian de estado. Ya que viajar al futuro significa retardar o detener el tiempo del objeto que viaja a través de él.
Nuestra medida del tiempo tal como la conocemos son referencias entre movimientos tales como la rotación de la tierra u oscilaciones atómicas. Representando los átomos una de las partes elementales de la materia, se asumen las oscilaciones atómicas como un buen patrón de tiempo referencial. Según Resnick y Halliday (1965):
Con relojes atómicos será posible estudiar muchos problemas de gran interés científico e importancia práctica, variando desde cambios en la rotación de la Tierra y verificaciones de la teoría de la relatividad, hasta mejoras en la navegación. (p. 30)
Definiré un evento como un sistema que cambia de estado. Este cambio de estado es lo que origina el tiempo en ese evento. Si modificáramos nuestra tradicional concepción del tiempo, diríamos: entre dos eventos iguales que se inician simultáneamente, el que ocurre primero emplea más tiempo, pero una vez ocurrido el segundo evento habrá empleado el mismo tiempo; siempre y cuando no consideremos un tercer evento como referencia. Se trataría sólo de cuantizar estados sucesivos en cada sistema. La forma de medir el tiempo dependería del sistema en cuestión y sólo sería innata a él. Las otras medidas prácticas serán referenciales a movimientos en un sistema de relojería. Obviamente encontrar dos eventos exactamente iguales que sólo se diferencien en su posición es casi imposible, mientras más grande sea, más lo será. La aleatoriedad parece no tener una solución matemática, la misma que rige la posición de partículas elementales.
La diferencia entre la marcha de relojes a diferentes alturas de la tierra ha sido comprobado experimentalmente; nos dice Hawking (1990):
[Una de las predicciones] de la relatividad general es que el tiempo debería transcurrir más lentamente cerca de un cuerpo de gran masa como la Tierra. (….) A alguien situado arriba le parecería que todo lo que pasara abajo, en la Tierra, transcurriría más lentamente. Esta predicción fue comprobada en 1962, usándose un par de relojes muy precisos instalados en la parte superior e inferior de un depósito de agua. Se encontró que el de abajo, que estaba más cerca de la Tierra, iba más lento, de acuerdo exactamente con la relatividad general. (p. 55)
El estudio del péndulo parecería contradecir estas evidencias sobre el transcurso del tiempo. Un péndulo que bate el segundo al nivel del mar, naturalmente hará un ciclo tardío donde la fuerza de la gravedad es menor. Aparentemente nos indicaría que el tiempo transcurre más lento en dicho nivel gravitacional. La ecuación matemática que nos deduce el período del péndulo emplea como parámetros la aceleración de la gravedad y la longitud, siendo directamente proporcional a la longitud e inversamente proporcional a la gravedad. Si uno de ellos varía, el período cambia. Al diseñar un reloj de péndulo tenemos que tener en cuenta esos dos parámetros y condicionar el período a una unidad de tiempo, en el caso más preciso dada por relojes atómicos. Esto no quiere decir que si aumentamos la longitud el tiempo transcurirrá más lento. El período calculado para todo péndulo en cualquier nivel gravitacional, será correcto, según relojes situados en el mismo nivel gravitacional, y no exclusivamente para relojes situados al nivel del mar. De lo anterior se concluye que no es la variación de parámetros, en este diseño, lo que define el transcurso del tiempo.
Bajo mi principio: TIEMPO MOVIMIENTO, presentaré el siguiente caso ideal:
Imaginemos cierto sistema conformado por un gran elevador que encierra una mesa de billar y un jugador listos a elevarse. Igualmente en el suelo yace otra mesa idéntica. Sobre las mesas y a partir de un extremo, los jugadores impulsan una bola al mismo tiempo y con igual velocidad inicial. Inmediatamente después el elevador empieza a subir de modo que alcanza gran altura antes que las bolas lleguen al otro extremo de las mesas. Cabe la pregunta, ¿Esperamos que las bolas alcancen el extremo opuesto de las mesas en el mismo instante de tiempo?; recordemos, el tiempo transcurre más rápido a medida que se aleja de la tierra o lo que es lo mismo decir, el tiempo se contrae. Siendo así, la ley de la inercia y el principio de conservación del momento se ven afectados. La bola en el elevador tiene que "apurarse" para no faltar a la ley, pues se le agota el tiempo. En consecuencia llega primero al otro extremo y gana la carrera. Paradójicamente si se hubiera medido el tiempo de recorrido de la bola, los cronómetros tanto en el elevador como el que mide alguien en el suelo, indicarían igual tiempo, ya que el cronómetro del elevador también hubiera sido afectado. Podemos observar bajo estas circunstancias que no se aplica ninguna fuerza adicional al móvil y que ocurre un ajuste de la velocidad horizontal a la variación de la fuerza gravitatoria.
Semejante análisis podríamos aplicar a la velocidad que sigue un móvil en cualquier dirección. En particular, lo aplico a la expansión universal, haciendo referencia previamente a algunos descubrimientos. Fue I. Newton quién aplicó por primera vez el concepto de centro de masa que se adecuaba a su teoría de gravitación universal al calcular la fuerza de atracción entre la Tierra y la Luna. Al respecto Resnick y Halliday dicen (1965):
Newton consideraba a cada partícula de la Tierra como contribuyendo a la atracción gravitacional que ella producía sobre otros cuerpos. La distancia y la dirección de las partículas de la Tierra a un objeto dado son diferentes para cada partícula. Newton hizo la hipótesis atrevida de que la Tierra podía considerarse para tales fines como si toda su masa estuviera concentrada en su centro. (p. 432)
Demostró su teoría luego de inventar el Cálculo hacia 1687.
Según la actual astronomía, el universo se expande cada vez a mayor velocidad. Como señala Hawking (1990):
… el hallazgo que Hubble publicó en 1929: (…) cuanto más lejos está una galaxia, a mayor velocidad se aleja de nosotros!. Esto significa que el universo no puede estar estático como todo el mundo había creído antes, sino que de hecho se está expandiendo. La distancia entre las diferentes galaxias está aumentando continuamente. (p. 64)
Resultado inmediato es la reciprocidad entre tiempo y movimiento o cambio de estado, de ahí una aplicación a la astronomía. La teoría del Big Bang implica la expansión del universo, lo cual es observable con el telescopio Hubble. Las galaxias se alejan entre sí y el centro de masa del universo es cada vez más distante. Si el tiempo es afectado al igual que si toda la masa universal estuviera concentrada en un punto central y para que el principio de conservación del momento, se cumpla, es necesario que cada galaxia incremente la distancia que recorre por una cantidad constante de tiempo medido en el centro del universo. En todo caso podemos llegar a dos conclusiones igualmente válidas y opuestas:
- Según la medida del tiempo en el centro universal, el universo acelera su expansión, mediante una "fuerza propulsiva" inherente a cada galaxia.
- La expansión sigue un movimiento inercial que se ajusta al nivel gravitacional en que se encuentra.
Inicie este trabajo motivado por curiosidades sobre experimentos científicos como la comparación entre la marcha de relojes de gran precisión a diferentes alturas de la tierra o el proceso de contar ciclos de oscilaciones atómicas como patrón de un tiempo casi absoluto pero sin considerar sistemas aislados o en estado de espera.
El caso ideal acerca de las mesas de billar es de mi proposición y no es que se haya realizado una experimentación parecida a menos que no estuviera informado de ello. De verificarse y no cumplirse estaríamos ante un caso especial de No conservación del momento que merecería ser estudiado.
La suposición hecha por algunos investigadores sobre la existencia de una fuerza antigravitacional que sólo actúa a grandes distancias provocando la repulsión entre galaxias me parece inconsistente. Quizás se busque alguna semejanza con la fuerza de repulsión entre protones después que la fuerza fuerte que los mantiene unidos en el núcleo del átomo, es vencida. Para mí, el fenómeno observado, es consecuencia de una contracción del tiempo, proporcional a la distancia del centro de masa del universo conocido; ¿no les parece?.
Finalmente quiero aclarar que ésta es mi interpretación y como tal, sujeta a correción o inclusive a descarte.
Hawking S. W. (1990). Historia del tiempo. Del Big Bang a los agujeros negros
(pp. 55,64) Barcelona: Hurope, S.A.
Resnick R. & Halliday D. (1965). Fisica. Para estudiantes de ciencias e ingeniería
(pp. 30,432) México: Cía. Editorial Continental, S.A.
Enviado por:
Marcos Cabanillas
CATEGORIA : FISICA