Después de la teoría de la relatividad, Einstein convenció al mundo de que el tiempo no era absoluto ni que “fluía” de forma independiente de todo lo demás. En continuidad con esa conjetura, la física actual cuenta con algunos métodos que nos permiten intuir el origen del universo y, desde luego, del tiempo.
Por: José Rubén Morones Ibarra 1
Introducción
Los conceptos de tiempo y espacio son tan fundamentales y familiares para los humanos que, por mucho tiempo, nadie se preocupó por definirlos. El tiempo, el espacio y la materia son conceptos que pertenecen a la categoría de las cosas que todos hablamos, pero, cuando tratamos de explicarlos, nos encontramos con dificultades serias. En el caso del tiempo, debido a la familiaridad con que hablamos sobre él, creemos que lo conocemos bien y que sabemos todo sobre sus pormenores, pero no es así. El concepto de tiempo encierra misterios científicos profundos y muy complejos, además de problemas filosóficos intrigantes.
San Agustín, en su libro Confesiones, dice: “si nadie me pregunta qué es el tiempo, yo sé lo que es, pero, si me piden que les explique lo que es el tiempo, no sé qué decir”. A su vez, el filósofo Emmanuel Kant, en el siglo XVIII, afirmaba que el espacio es la manifestación de lo externo al humano, de lo empírico; mientras que el tiempo es la manifestación de lo interno, de la razón misma.
Al tiempo lo concebimos como presente, pasado y futuro, y puede pensarse en términos de tiempo real y tiempo imaginario. Se dice que el tiempo pasado ya no existe, pero tampoco existe el tiempo futuro porque todavía no se ha hecho realidad. Mientras que el pasado y el futuro están en la imaginación, sólo el presente existe en la realidad; sin embargo, éste está formado por instantes efímeros que pronto se convierten en pasado. Y el tiempo que pasa es irrecuperable.
El físico norteamericano Richard Feynman decía que el tiempo es lo que pasa cuando no sucede nada. Esta idea se basa en la intuición, pero no es admisible en una teoría científica en que el tiempo se introduce asociándolo con los cambios. Si no hay procesos que indiquen cambios, el tiempo desaparece. Los conceptos antes, ahora y después, íntimamente asociados al tiempo, quedan sin sentido si no hay cambios o procesos que marquen una secuencia temporal.
La naturaleza del tiempo
El concepto de tiempo es sin duda uno de los más abstractos, complejos y misteriosos en la vida del ser humano. La pregunta sobre el tiempo tiene una dificultad profunda para ser contestada. Cualquier respuesta que demos a ella es susceptible de ser cuestionada y puesta en duda. No obstante, existe el tiempo de nuestra experiencia: el tiempo empírico que da forma al concepto de tiempo intuitivo. Después de la teoría de la relatividad, el tiempo absoluto en que creíamos se derrumbó para dar paso a la relatividad del tiempo. Más tarde vendría la teoría cuántica, que dio origen a ideas nuevas.
Mostraremos, con algunos ejemplos sencillos, que lo que consideramos intuitivamente como “tiempo” es bastante engañoso, y que los conceptos que tenemos del tiempo son, en realidad, equivocados. La percepción humana del tiempo entra en conflicto con el concepto relativista del tiempo. No es necesario, sin embargo, adentrarnos en el estudio de la teoría de la relatividad para encontrar algunas dificultades entre nuestra idea del tiempo y lo que la ciencia nos enseña. Con sólo admitir que la luz se propaga con velocidad constante y finita, podemos entender y aceptar el contraste entre el sentido común y el razonamiento científico cuando tratamos al tiempo.
Al tiempo lo asociamos con eventos que se suceden uno después de otro. El presente es, por supuesto, diferente del pasado, y también lo será del futuro. Pese a ello, lo que observamos actualmente pertenece, en realidad, al pasado. Pongamos un ejemplo: cuando observamos a una persona a cinco metros de distancia, lo que vemos realmente es cómo era hace algunos nanosegundos, al captar la imagen que nos trae la luz. Al ver a la Luna, lo que captamos es su posición y estado hace un segundo, no en el presente. Al observar una estrella, lo que vemos es cómo era hace varios años o millones de años, dependiendo de la distancia a que se encuentre.
Las nociones de “ahora” o “en este momento” son locales y dependen de la capacidad de nuestros relojes para establecer diferencias entre intervalos de tiempo. Lo que ocurre en el Sol “en este momento” sólo lo podemos saber dentro de ocho minutos, que es lo que tarda en llegarnos la luz que emite en este instante. De este modo, el “ahora” no tiene, en general, significado físico; sólo lo tiene localmente.
¿Cuál es, entonces, el significado del tiempo presente? Cuando decimos que el universo actual se está expandiendo, ciertamente nos estamos refiriendo a lo que ocurría en el universo hace miles de millones de años, que corresponde a lo que tardó la luz en llegar a los aparatos de los astrónomos desde los confines del universo. Podría ocurrir que, en el tiempo presente nuestro, el universo esté en un periodo de contracción, pero esta información nos la traerá la luz después de varios miles de millones de años.
Hay otro ejemplo claro. Puede que haya ocurrido ya un acontecimiento muy violento en algún lugar del espacio que cause la destrucción de la vida en la Tierra. Si este fenómeno ocurrió a una distancia de mil años luz, su efecto lo percibiremos aquí en la Tierra después de mil años. En un análisis similar, aun cuando observamos que el universo se está expandiendo, puede ocurrir que, en la actualidad, ya se esté contrayendo. Recordemos que aquello que observamos ahora es lo que ocurrió en el pasado, hace miles de millones de años, de acuerdo con la luz que estudian los astrónomos.
¿Pasa el tiempo?
Se dice que el tiempo pasa, pero podemos preguntarnos: ¿el tiempo pasa respecto a qué? ¿Respecto al tiempo mismo? Estas ideas generan una gran confusión. En realidad, el tiempo no pasa, lo que pasa son los sucesos, los acontecimientos. Pasamos nosotros, los seres humanos, y las otras cosas: nuestras transformaciones nos hacen envejecer. Si el tiempo no pasa, ¿el tiempo no existe entonces? El tiempo es cambio, transformación, proceso. No puede existir el tiempo sin cambios. Lo que existe es la materia, el espacio y las transformaciones. Se dice que los cambios “ocurren en el tiempo”, pero eso es sólo una convención del habla. Es como un río: ¿qué es el río? ¿Es el lecho del río o el flujo de agua? Se confunde al contenedor con el contenido, pues el tiempo no pasa, solamente ocurren sucesos.
Ahora, comparemos los conceptos de espacio y de tiempo. En el caso del espacio, lo podemos ver, está ahí, podemos cambiar de un lugar a otro y regresar al lugar inicial; pero, en el caso del tiempo, no ocurre lo mismo. El tiempo está en ninguna parte, sólo en nuestra mente. Lo que observamos son los acontecimientos. El tiempo resulta ser una idea, algo inmaterial, una percepción humana. El tiempo y el Ser no pueden separarse, por tanto, el primero no existe sin el segundo. El tiempo lo podemos concebir como sinónimo de “cambio”.
En la realidad se observa que el ser humano y el tiempo no pueden separarse, por lo que llegamos a la conclusión de que el tiempo es una percepción humana, es decir, el tiempo no es objetivo. Cuando usamos la palabra tiempo, no se aclara nada de lo que significa; sin embargo, no podemos eliminarla de nuestro lenguaje, ya que no podríamos comunicar ideas que implicaran sucesos o acontecimientos. Sin el concepto de tiempo, desaparecerían de nuestra vida la física, la química, la biología, la astronomía, la economía, la historia, la literatura, la poesía, etcétera. En síntesis, sin la palabra tiempo, no podríamos comunicar prácticamente nada.
Por otra parte, se dice que el pasado no existe, pero ¿cómo negar el pasado si se manifiesta en el presente como huellas imborrables que dejaron las experiencias y nuestro ser actual es el resultado de ellas? Éstas son algunas de las contradicciones complejas a las que se llega en el análisis del concepto del tiempo.
El tiempo como concepto científico
En la ciencia anterior a Einstein, el tiempo se consideraba como algo que fluye independientemente de todo. En la teoría de la relatividad, no obstante, el tiempo no es absoluto, sino relativo; además de ser una cantidad elástica que puede deformarse como consecuencia del movimiento a velocidades elevadas o en presencia de campos gravitacionales. La idea original de dividir el tiempo en pasado, presente y futuro es un problema que requiere estudiarse con más profundidad y detenimiento, ya que estos conceptos no son absolutos.
El origen del universo es el origen del tiempo. Debemos remontarnos a lo que ocurrió en el Big Bang, para entender el origen del tiempo. Actualmente, hay tres maneras de estudiar el pasado del universo. La primera, y más antigua, es mediante las ondas electromagnéticas que nos llegan del espacio. En el caso del estudio del pasado más remoto, este método se realiza observando el cielo y buscando los confines del universo, es decir, lo más alejado que podamos observar. Al detectar la luz o la información que nos llega de esos lugares lejanos, podemos ver cómo era el universo hace miles de millones de años. Para observar ese estado, debemos dirigir los telescopios más potentes para observar las galaxias más alejadas. La luz que proviene de ellas nos da información de cómo era la fuente que la emitió hace miles o millones de años.
A pesar de lo anterior, no hay manera de ver cómo era el universo unos minutos después del Big Bang, debido a que no hay luz que nos lo indique. La luz más antigua en el universo es la llamada “radiación cósmica de fondo”, que corresponde a una radiación de micro-ondas que empezó a viajar por el espacio desde que el universo se volvió transparente. Esta situación ocurrió cuando el universo tenía una edad aproximada de 380 mil años —es decir, 380 mil años después del Big Bang—. No hay manera de “ver” más atrás en el pasado de nuestro universo que cuando tenía 380 mil años, pues no hay radiación que corresponda a una edad menor a esa cantidad.
Una segunda forma de observar el universo a una edad más temprana es al observar un tipo de radiación cósmica de fondo de neutrinos —Cosmic Neutrino Background, en inglés—. Los neutrinos son partículas que interaccionan muy débilmente con la materia, y el universo se volvió transparente a los neutrinos a la edad de un segundo. Por este motivo, si se llega a detectar esta radiación de fondo de neutrinos, nos traería información de cómo era el universo después de un segundo del Big Bang.
Recientemente, en 2017, se detectaron las ondas gravitacionales, cuya existencia teórica fue predicha por Einstein en su teoría de la relatividad general. Este descubrimiento novedoso permite una manera nueva de ver al universo. Observar las ondas gravitacionales que se producen en los fenómenos violentos de interacción o colisión de estrellas de neutrones, quásares o agujeros negros nos dará una nueva información de lo que ocurre en el universo. La posibilidad de detectar las ondas gravitacionales primigenias —es decir, aquellas que se originaron en los primeros instantes del Big Bang— nos podrá revelar lo que ocurrió durante los primeros instantes del universo, a saber: durante el Big Bang. Pese a este avance, no podemos saber lo que pasó en el tiempo t=0, que sería el verdadero origen del tiempo. Esto representa una singularidad de la teoría general de la relatividad, algo de lo que no podemos saber nada. Por ahora, el tiempo más corto que podemos aproximarnos al origen del universo es 10^(-43) segundos, que es llamado el “tiempo de Planck”. Para tiempos menores que el tiempo de Planck, la física que tenemos falla y deja de tener validez.
La muerte del tiempo
Aun cuando hemos dicho que el tiempo no existe, podemos hablar de la “muerte del tiempo”, que ocurrirá cuando el universo entre en una etapa en que ya no se produzcan cambios debido a que se haya alcanzado un equilibrio total. En términos de la termodinámica, decimos que esa situación ocurrirá cuando el universo haya alcanzado un estado de máxima entropía. Si el universo, como se observa actualmente, se sigue expandiendo por siempre, irá disminuyendo continuamente su temperatura promedio y terminará en un universo frío y oscuro, donde no tendrá lugar ningún tipo de proceso, ni biológico ni químico ni físico. Será un universo muerto. Esta evolución tenebrosa se conoce como “la muerte térmica del universo”.
La muerte del universo significa también la muerte del tiempo. Así como el origen del universo es el principio del tiempo, el fin del universo es también el fin del tiempo. Aquí empezaría la eternidad: un mundo sin tiempo. Las observaciones actuales, sin embargo, presentan un nuevo reto para la cosmología. La existencia de un tipo nuevo de materia y de energía —llamadas “materia oscura” y “energía oscura”, respectivamente— han abierto un campo reciente de investigación en la astronomía y la cosmología modernas. Estas observaciones han cambiado muchas cosas que se consideraban acerca de la composición del universo y, a la vez, han introducido incertidumbre sobre el destino futuro del universo y del tiempo.
- Profesor e investigador. ↩︎
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