En capítulos anteriores hemos visto cómo las percepciones de la naturaleza del tiempo han cambiado a lo largo de los siglos. Hasta principios del siglo XX, la gente creía en el tiempo absoluto. En otras palabras, cada evento se puede marcar de una manera única con un número llamado "tiempo", y todos los buenos relojes son consistentes al medir el intervalo de tiempo entre dos eventos.
Sin embargo, el descubrimiento científico de que la velocidad de la luz es la misma para los observadores sin importar cómo se muevan llevó a la teoría de la relatividad, descartando el concepto de tiempo absoluto. No se puede marcar la hora de un evento de forma única. En cambio, cada observador tiene su propia medida del tiempo, registrada por el reloj que lleva, y los relojes que llevan diferentes observadores no son necesariamente los mismos.
De esta manera, el tiempo se convierte en un concepto más personal que el observador que lo mide. El tiempo todavía se ve como un camino recto y sólo se puede ir en una dirección u otra. ¿Qué pasaría si la vía tuviera curvas y bifurcaciones y al tren que venía avanzando se le permitiera regresar a la estación por la que pasó?
En otras palabras, ¿es posible que alguien viaje al futuro o retroceda al pasado? H.G. Wells exploró estas posibilidades en La máquina del tiempo, al igual que muchos otros escritores de ciencia ficción. Muchos conceptos de ciencia ficción, como los submarinos y los vuelos a la luna, se han realizado científicamente. Entonces, ¿cuáles son las perspectivas para los viajes en el tiempo?
Viajar al futuro es posible. En otras palabras, la teoría de la relatividad sugiere que se puede construir una máquina del tiempo que permita avanzar en el tiempo. Entras en la máquina del tiempo, esperas, sales y descubres que ha pasado en la Tierra mucho más tiempo del que has experimentado. No tenemos la tecnología para lograr esto hoy, pero es sólo un problema de ingeniería: sabemos que se puede hacer. La paradoja de los gemelos que analizamos en el capítulo 6: explotar esta situación es una forma de construir esta máquina. Entonces, cuando entras en esta máquina del tiempo, se dispara, acelera casi a la velocidad de la luz durante un cierto período de tiempo (dependiendo de qué tan lejos en el tiempo quieras viajar) y luego regresa. Porque según la teoría de la relatividad el tiempo y el espacio están relacionados, y la máquina del tiempo también es una nave espacial. En cualquier caso, en lo que a ti respecta, durante todo este proceso, estás sólo en una máquina del tiempo. Y cuando salgas, descubrirás que el tiempo que has caminado sobre esta tierra es más largo que el tiempo que has pasado. Has viajado al futuro. ¿Pero puedes retroceder en el tiempo? ¿Se pueden crear las condiciones necesarias para viajar en el tiempo inverso?
En 1949, Kurt Gödel descubrió una nueva solución a las ecuaciones de Einstein, un nuevo espacio-tiempo permitido por la relatividad general. Esta es la primera señal de que las leyes de la física podrían realmente permitir viajes en el tiempo inverso. Muchos modelos matemáticos diferentes del universo satisfacen las ecuaciones de Einstein, pero eso no significa que correspondan al universo en el que vivimos. Por ejemplo, sus condiciones iniciales o de contorno difieren. Para decidir si se ajustan a nuestro universo, debemos examinar las predicciones físicas de estos modelos.
Gödel era matemático. Es famoso por demostrar el teorema de la incompletitud. Este teorema significa que es imposible probar todos los enunciados verdaderos, incluso en una materia aparentemente aburrida como la aritmética. Al igual que el principio de incertidumbre, el teorema de incompletitud de Gödel puede ser un límite fundamental a nuestra capacidad para comprender y predecir el universo. Gödel y Einstein pasaron sus últimos años en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton. Durante ese tiempo se familiarizó con la teoría general de la relatividad. El espacio-tiempo de Gödel tiene una propiedad extraña: el universo entero gira.
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La máquina del tiempo
Dos autores se encuentran en una máquina del tiempo.
¿Qué significa que el universo entero está girando? Spin significa continuo. ¿No significa esto que hay un punto de referencia fijo? Entonces, podrías preguntar: "¿Con respecto a qué gira?" La respuesta es un poco técnica, pero básicamente es la dirección en la que giran los objetos distantes en relación con la dirección de una pequeña peonza o giroscopio en el universo. La naturaleza giratoria del espacio-tiempo de Gödel tiene un efecto matemático adicional. Si una persona viajó una gran distancia desde la Tierra y luego regresó, es posible que haya regresado a la Tierra antes de partir.
Einstein alguna vez pensó que la relatividad general no permitía viajar en el tiempo, pero sus ecuaciones sí, lo que realmente lo deprimió. Aunque la solución de Gödel satisface las ecuaciones de Einstein, debido a que nuestras observaciones muestran que nuestro universo no gira, al menos no de manera significativa, no se corresponde con el universo en el que vivimos. El universo de Gödel no se expande, pero el nuestro sí. Sin embargo, desde entonces, los científicos que estudian las ecuaciones de Einstein han descubierto otros tiempos y espacios donde la relatividad general sí permite viajes en el tiempo inverso. Sin embargo, el fondo de microondas y las observaciones de la abundancia de elementos como el hidrógeno y el helio sugieren que el universo primitivo no tenía la curvatura que estos modelos permitirían para los viajes en el tiempo. Si la hipótesis de que no hay límites es correcta, se puede sacar la misma conclusión de la teoría. La pregunta entonces es: si, para empezar, el universo no tiene el tipo de curvatura necesaria para viajar en el tiempo, ¿podemos deformar las regiones locales del espacio-tiempo lo suficiente como para permitir que el viaje en el tiempo ocurra más adelante?
Nuevamente, dado que el tiempo y el espacio están relacionados, no le sorprenderá que una pregunta estrechamente relacionada con el viaje en el tiempo inverso sea si se puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Es fácil ver que viajar en el tiempo significa viajar más rápido que viajar en la luz: al viajar en reversa al final del viaje, puedes completar todo el viaje en el corto tiempo que desees, ¡lo que te permite viajar a una velocidad ilimitada! Sin embargo, como veremos, lo contrario también es cierto: si puedes viajar a una velocidad infinita, también puedes viajar hacia atrás en el tiempo. Es imposible que uno sea verdadero y el otro no lo sea.
Los escritores de ciencia ficción prestan mucha atención al debate sobre los viajes más rápidos que la luz. Su problema es que, según la teoría de la relatividad, si enviáramos una nave espacial a la estrella más cercana, Próxima Centauri, que está a unos 4 años luz de distancia, esperaríamos al menos 8 años antes de que los viajeros pudieran regresar y decirnos ellos lo que encontraron. Pero si tuviéramos que explorar el centro de nuestra galaxia, tardaríamos al menos 654,38 millones de años en regresar. Si quieres escribir sobre la guerra intergaláctica, ¡las perspectivas no son buenas! Sin embargo, la teoría de la relatividad nos ofrece un consuelo, siguiendo la línea del análisis de la paradoja de los gemelos en el capítulo 6: para los viajeros espaciales, el viaje puede parecer mucho más corto que para los que permanecen en la Tierra. Sin embargo, las personas que han viajado al espacio durante algunos años no están muy contentas cuando regresan, porque encontrarán que las personas que se quedaron han estado muertas durante miles de años. Entonces, para que la gente se interese en la historia de un escritor de ciencia ficción, deben asumir que algún día descubriremos cómo viajar más rápido que la luz. La mayoría de estos autores parecen ignorar el hecho de que si puedes viajar más rápido que la velocidad de la luz, la teoría de la relatividad significa que puedes viajar hacia atrás en el tiempo, como dice la siguiente quintilla:
La joven Su nombre es White.
Puede viajar mucho más rápido que la velocidad de la luz.
Relativamente hablando,
el día apenas comenzaba,
pero había llegado la noche anterior.
Un punto clave relacionado con esto es que la teoría de la relatividad no sólo sostiene que no existe una medida única de tiempo en la que todos los observadores estén de acuerdo, sino que también sostiene que en una situación dada, los observadores ni siquiera tienen acordar el orden cronológico de los acontecimientos. En particular, si dos eventos A y B están tan separados en el espacio que el cohete tendría que viajar más rápido que la velocidad de la luz para alcanzar el evento B, entonces dos observadores que se mueven a diferentes velocidades no estarán de acuerdo en que el evento A ocurrió antes del evento B o ¿El evento B ocurrió antes del evento A? Por ejemplo, digamos que el evento A es el final de las finales de 100 metros de los Juegos Olímpicos de 2012 y el evento B es la ceremonia de apertura de la sesión 100 004 del Consejo de Próxima Centauri. Supongamos que para un observador en la Tierra, el evento A ocurre antes del evento b. Por ejemplo, según la hora terrestre, el evento b ocurre un año después, es decir, en 2013.
Dado que la Tierra y Próxima Centauri están a unos 4 años luz de distancia, estos dos eventos cumplen con los criterios anteriores: aunque A ocurre antes que B, tienes que ir de A a B más rápido que la velocidad de la luz. Luego, para uno en Próxima Centauri estar tan cerca como Para un observador que se aleja de la Tierra a la velocidad de la luz, el orden de los eventos parece estar invertido: el evento B ocurre antes del evento A. El observador diría que si pudiera moverse más rápido que la velocidad de la luz , podrías pasar del evento B al evento A. De hecho, si viajas muy rápido y aún puedes regresar de A a Próxima Centauri antes del juego y hacer tus apuestas cuando sepas quién es el ganador.
Si existieran los agujeros de gusano, podrían proporcionar atajos entre puntos distantes en el espacio.
Existe un problema al atravesar la barrera de velocidad de la luz. La teoría de la relatividad nos dice que cuanto más cerca esté la velocidad de una nave espacial de la velocidad de la luz, mayor será la potencia del cohete utilizada para acelerarla. Disponemos de pruebas experimentales de ello, no procedentes de la experiencia de naves espaciales, sino de partículas elementales en aceleradores de partículas como el Fermilab o el CERN. Podemos acelerar partículas a 99,99 la velocidad de la luz, pero no importa cuánta potencia se inyecte, es imposible acelerarlas más allá de la barrera de la velocidad. La situación es similar para las naves espaciales: por muy potente que sea el cohete, no puede acelerar más que la velocidad de la luz. Y, dado que sólo podemos viajar hacia atrás en el tiempo si es posible viajar más rápido que la luz, esto parecería descartar tanto los viajes espaciales a alta velocidad como los viajes en el tiempo inverso.
Sin embargo, puede haber una salida. Es posible que puedas curvar el espacio-tiempo de modo que haya un atajo entre A y b. Construir un agujero de gusano entre A y b es una forma. Como sugiere el nombre, un agujero de gusano es un tubo delgado de espacio-tiempo que conecta dos regiones casi planas y distantes. Algo así como estar en la base de una colina imponente. Para llegar al otro lado, normalmente hay que subir una gran distancia y luego bajar, pero si hay un agujero de gusano gigante que corre horizontalmente a través de la masa rocosa, no es necesario. Podrías imaginarte construyendo o descubriendo un agujero de gusano que conduzca desde las cercanías de nuestro sistema solar hasta Próxima Centauri. Aunque la Tierra y Próxima Centauri están a 20 billones de millas de distancia en el espacio ordinario, la distancia a través de este agujero de gusano puede ser sólo de unos pocos millones de millas. Si enviáramos un mensaje sobre una carrera de 100 metros a través de un agujero de gusano, podríamos llegar mucho antes de la apertura del Parlamento. Sin embargo, un observador que luego vuele a la Tierra debería poder encontrar otro agujero de gusano, lo que le permitiría regresar a la Tierra desde la apertura del Consejo de Próxima Centauri antes de los Juegos. Entonces, al igual que otras posibilidades de viajes más rápidos que la luz, los agujeros de gusano permiten a las personas viajar en el tiempo.
La idea de agujeros de gusano entre diferentes regiones del espacio y el tiempo no es una invención de escritores de ciencia ficción, pero sus orígenes son muy respetables. En 1935, Einstein y Najan Rosen escribieron un artículo. En el artículo, señalan que la relatividad general permite lo que llaman un "puente", pero ahora se llama agujero de gusano. El puente Einstein-Rosen dura poco tiempo y la nave espacial no puede cruzarlo: debido a la contracción del agujero de gusano, la nave chocará contra la singularidad. Sin embargo, se ha sugerido que una civilización avanzada podría mantener abierto el agujero de gusano. Para lograrlo, o de cualquier otra forma, distorsionan el espacio y el tiempo, permitiendo así viajar en el tiempo. Puedes demostrar que debes tener una región del espacio-tiempo con curvatura negativa, como la superficie de una silla de montar. La materia ordinaria tiene una densidad de energía positiva, lo que le da al espacio-tiempo una curvatura positiva, como una esfera. Por lo tanto, para deformar el espacio-tiempo de una manera que permita viajar en el tiempo inverso, se necesitaría materia con una densidad de energía negativa.
¿Qué significa densidad de energía negativa? La energía es un poco como el dinero: si tienes un saldo bancario positivo, puedes asignarlo de diferentes maneras, pero según la ley clásica que se creía hace un siglo, no puedes sobregirar. Por tanto, estas leyes clásicas ya descartan cualquier posibilidad de densidad de energía negativa, es decir, de viaje en el tiempo inverso. Sin embargo, como se mencionó en capítulos anteriores, las leyes cuánticas basadas en el principio de incertidumbre han superado a las leyes clásicas. Las leyes cuánticas son más generosas. Puede sobregirar de una o ambas cuentas siempre que su saldo total sea positivo. En otras palabras, la teoría cuántica permite una densidad de energía negativa en algunos lugares, siempre que la densidad de energía sea positiva en otros lugares para compensarla y mantener positiva la energía total. Por lo tanto, tenemos razones para creer que el espacio-tiempo no sólo puede distorsionarse, sino también doblarse en la forma necesaria para permitir el viaje en el tiempo inverso.
Según el resumen de la historia de Feynman, a la escala de una sola partícula, hasta cierto punto, retroceder en el tiempo sí existe.
En el enfoque de Feynman, el movimiento de las partículas en el tiempo es generalmente equivalente al movimiento de las antipartículas en el tiempo. Usando sus métodos matemáticos, uno puede crear un par partícula/antipartícula y hacer que se aniquilen entre sí, de manera muy similar a una sola partícula que se mueve en un círculo cerrado en el tiempo y el espacio. Para ver esto, primero imaginemos el proceso de forma tradicional. En un momento determinado, digamos el tiempo a, se crea un par partícula/antipartícula y ambas se mueven en orden temporal. Luego, en un momento posterior b, interactúan nuevamente y se aniquilan entre sí. Antes de A y después de B, no existe ninguna partícula. Pero según la teoría de Feynman, puedes verlo desde una perspectiva diferente. Una partícula se crea en el momento A, se mueve a B en el tiempo y luego regresa a A en el tiempo opuesto. En lugar de que partículas y antipartículas se muevan juntas en el tiempo, sólo una partícula se mueve a lo largo de un "círculo" de A a B y viceversa. Cuando un objeto se mueve en el tiempo (de A a B), se llama partícula. Sin embargo, cuando el objeto se mueve hacia atrás (de B a A), se comporta como una antipartícula que avanza. Se puede considerar que las antipartículas son partículas que viajan al pasado.
Por tanto, el par virtual partícula/antipartícula puede considerarse como una partícula que se mueve en un bucle cerrado de espacio-tiempo.
Este tipo de viaje en el tiempo puede producir efectos de observación. Por ejemplo, supongamos que un miembro de un par partícula/antipartícula (por ejemplo, una antipartícula) cae en un agujero negro, dejando al otro miembro sin compañero que aniquilar. Estas partículas desechadas también pueden caer en un agujero negro, pero también pueden escapar de sus alrededores. De ser así, a un observador distante le parecerían partículas emitidas por un agujero negro. Sin embargo, se puede tener una descripción intuitiva diferente pero equivalente del mecanismo de emisión de la radiación de los agujeros negros. Se puede pensar en el miembro de un par de partículas que cae en un agujero negro (como una antipartícula) como una partícula que viaja hacia atrás desde el agujero negro. Cuando alcanza el punto en el que el par partícula/antipartícula aparece junta, el campo gravitacional del agujero negro la dispersa en partículas que se mueven en la dirección positiva del tiempo y escapa del agujero negro. O al revés, si una partícula miembro de un par de partículas cae en un agujero negro, podemos considerarla como una antipartícula que viaja hacia atrás en el tiempo y sale del agujero negro. De esta forma, la radiación del agujero negro demuestra que la teoría cuántica permite viajar en el tiempo al pasado a escala microscópica.
Por lo tanto, podemos preguntarnos si la teoría cuántica permite la posibilidad de que, una vez que la tecnología avance, podamos intentar construir una máquina del tiempo. A primera vista, parece que debería estar bien. La hipótesis de la suma histórica de Feynman se aplica a toda la historia. Como tal, debería incluir una historia en la que el tiempo y el espacio se distorsionen hasta el punto de permitir viajes en el tiempo inverso. Sin embargo, incluso si las leyes conocidas de la física no parecen descartar el viaje en el tiempo, todavía hay otras razones para cuestionar si es realmente posible.
La pregunta es, si la gente puede viajar hacia atrás en el tiempo, ¿por qué la gente del futuro no regresa y nos dice cómo hacerlo? Dado que ahora nos encontramos en las primeras etapas de desarrollo, puede haber buenas razones para pensar que no sería prudente que compartiéramos los secretos del viaje en el tiempo. A menos que la naturaleza humana cambie radicalmente, sería impensable que un visitante del futuro revele secretos. Por supuesto, algunas personas afirmarán que los avistamientos de ovnis son evidencia de visitas de extraterrestres o personas del futuro. Dadas las enormes distancias de otras estrellas, los extraterrestres necesitarían viajar más rápido que la luz para llegar aquí en un tiempo razonable, por lo que ambas posibilidades son en realidad iguales. No hay visitantes del futuro, lo cual se puede explicar de la siguiente manera, porque miramos el pasado y descubrimos que no permite que regrese el tipo de rizo requerido para viajes futuros, por lo que el pasado está fijo. El futuro, por otro lado, es desconocido y abierto, por lo que probablemente tendrá la curvatura necesaria. Esto significa que cualquier viaje en el tiempo está limitado al futuro. En este momento, el Capitán Kirk y el Starship Enterprise no tienen ninguna posibilidad.
Esto puede explicar por qué no hay visitantes del futuro en el mundo actual. Sin embargo, si es posible retroceder en el tiempo y cambiar la historia, todavía no podemos evitar otro tipo de pregunta que surge: entonces, ¿por qué no vivimos simplemente con la historia? Por ejemplo, imagina que alguien retrocede en el tiempo y revela el secreto de la bomba atómica a los nazis, o retrocedes en el tiempo y matas a tu tatarabuelo antes de que pueda poner sus manos sobre el niño.
Hay muchas versiones de esta paradoja, pero son básicamente equivalentes: si tuviéramos la libertad de cambiar el pasado, nos encontraríamos con una contradicción.
Parece haber dos formas posibles de resolver las paradojas provocadas por los viajes en el tiempo. El primer enfoque puede denominarse enfoque de historia colaborativa. Lo que esto significa es que incluso si el espacio-tiempo se enrolla y viaja hacia atrás, lo que sucede en el espacio-tiempo debe ser una solución armoniosa a las leyes de la física. En otras palabras, según este punto de vista, no puedes retroceder en el tiempo a menos que la historia demuestre que llegaste al pasado y no mataste a tu tatarabuelo, o no tomaste ninguna acción que entrara en conflicto con la historia para llegar a tu tatarabuelo actual. situación . Además, cuando retrocedes en el tiempo, no puedes cambiar el historial registrado, simplemente sigues con él. Desde este punto de vista, tanto el pasado como el futuro están predestinados: no tienes libre albedrío para hacer lo que quieras.
Por supuesto, se podría argumentar que el libre albedrío es ilusorio de todos modos. Si realmente existiera una teoría física completa que lo gobernara todo, parecería que también determinaría tus acciones. Pero para organismos complejos como los humanos, sus limitaciones y patrones de toma de decisiones no se pueden calcular, y también existe aleatoriedad causada por algunos efectos de la mecánica cuántica. De esta manera, existe la opinión de que decimos que los humanos tienen libre albedrío porque no podemos predecir su comportamiento futuro. Sin embargo, si una persona parte en un cohete y regresa antes, podemos predecir su comportamiento futuro porque es parte de la historia registrada. Entonces, en ese caso, el viajero en el tiempo no tiene libre albedrío en ningún sentido.
Otras posibles formas de resolver la paradoja del viaje en el tiempo podrían denominarse hipótesis de la historia elegida. La idea es que cuando los viajeros en el tiempo viajan hacia atrás en el tiempo, entran en una historia diferente a la registrada, lo que les permite moverse libremente sin estar atados a su historia original. A Steven Spielberg le encantó la idea en Regreso al futuro de que Marty McFly pudiera retroceder en el tiempo y hacer más completa la historia de amor de sus padres.
Suena como elegir una hipótesis histórica similar a la forma en que Richard Feynman formula la teoría cuántica como una suma de historias, como se analiza en el Capítulo 9. Esto significa que el universo no sólo tiene una historia independiente; tiene todas las historias posibles, cada una con su propia probabilidad. Sin embargo, parece haber una diferencia importante entre la visión de Feynman y la historia de sus elecciones. En el resumen de Feynman, todo tipo de historia consiste en tiempo y espacio completos y todo lo que hay en ellos, y el tiempo y el espacio pueden curvarse hasta el punto de que es posible viajar al pasado en un cohete. Pero si los Rockets quieren permanecer en el mismo tiempo y espacio y, por tanto, permanecer en la misma historia, la historia debe ser coherente. De esta manera, la idea de resumen histórico de Feynman parece apoyar la idea de coordinar la historia más que la idea de seleccionar la historia.
Estos problemas pueden evitarse si aceptamos lo que se puede llamar especulación defensiva sobre el tiempo. Es decir, las leyes de la física son las mismas que impiden que los objetos macroscópicos transmitan información al pasado. Esta especulación no ha sido confirmada, pero hay razones para creer que es cierta. La razón es que cuando el espacio-tiempo está distorsionado y es posible viajar demasiado lejos, los cálculos que utilizan la teoría cuántica muestran que los pares de partículas/antipartículas que se mueven constantemente en circuitos cerrados pueden generar suficiente densidad de energía para darle al espacio-tiempo una curvatura positiva, cancelando los problemas que permiten la distorsión del tiempo. Como no está claro si este es el caso, la posibilidad de viajar en el tiempo está en el aire. Pero no apuestes por esto, tu oponente puede tener una ventaja injusta al conocer el futuro.