http://quo.mx/noticias/2013/06/24/la-ciencia-de-viajar-en-el-tiempoLa ciencia de viajar en el tiempo
Cuántas noches no hemos vivido que se pasan volando; siestas de una hora que duran un pestañeo. Sin que el tiempo se sienta transcurrir, viajamos hacia el futuro cercano, hacia la mañana siguiente. Estos viajes perceptivos al futuro resultan muy similares a aquellos que, efectivamente, utilizan la dilatación del tiempo, uno de los fenómenos de la naturaleza más interesantes y sorprendentes descritos en la teoría de la relatividad especial.
Durante muchos siglos se consideró al tiempo como un parámetro de medición que no varía, que fluye siempre uniformemente. Newton llamó a este parámetro ideal el tiempo absoluto, verdadero y matemático, resaltando el hecho de que no existía ningún reloj perfecto que pudiese medirlo sin error alguno. A raíz de la publicación del famoso artículo “Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento†en la revista alemana de física Annalen der Physik, el joven Albert Einstein, de tan sólo 26 años de edad, dio a conocer la teoría de la relatividad especial, que, entre otras cosas, describe cómo el tiempo depende de la velocidad.
Si consideramos dos personas, una en reposo y otra en movimiento, el tiempo corre más lentamente para la persona que se mueve. Este efecto de dilatación se percibe sólo a velocidades altísimas, cercanas a la velocidad de la luz. La velocidad de la luz es de 300,000 km/s (299,792,458 m/s, para ser exactos), y es una barrera natural, lo cual quiere decir que, en teoría, nada puede viajar más rápido. Cuando la materia viaja a velocidades relativistas (comparables con la velocidad de la luz), la dilatación del tiempo se vuelve perceptible, el flujo de tiempo se vuelve más lento hasta el punto en que al llegar a c (velocidad de la luz), el tiempo se detenga por completo. Ya antes, Hendrik Lorentz (1853-1928) y Henri Poincaríé (1854- 1912) habían propuesto esta transformación temporal; sin embargo, su trabajo fue tomado como una curiosidad matemática sin ninguna relación con la experiencia cotidiana.
Hacia el futuro
Viajar en el tiempo no es difícil, de hecho, todos lo hacemos, pero en una misma dirección: hacia el futuro. La parte interesante de viajar en el tiempo es hacerlo a una velocidad distinta al resto de nuestro universo o en la dirección contraria. Dejando de lado los estados en coma y la suspensión congelada que mantienen el cerebro y el cuerpo en pausa mientras la vida sigue, buscamos la manera de manipular directamente el flujo del tiempo. ¿Es esto posible? Teóricamente, sí, pero, como todo en la vida, tiene sus limitantes y sus complicaciones. Para viajar en el tiempo utilizando el fenómeno de la dilatación del tiempo tendríamos que trasladarnos a una gran velocidad con ayuda de alguna nave y, por lo tanto, recorrer una gran distancia (que podría ser en grandes círculos, como lo hacen las partículas en los aceleradores) y quedarnos en esa máquina del tiempo mientras la vida en la Tierra sigue.
Imaginemos que Juan espera en la Tierra mientras su hermana María viaja en una nave espacial superpotente a la estrella más cercana, Alfa Centauri, localizada a cuatro años luz de distancia (unos 38 mil millones de km). Si la nave viajara a la velocidad de la luz, María tardaría ocho años terrestres en ir y volver, pero como esto es imposible, ya que requeriría de una energía infinita o de una nave con masa cero, supongamos que viaja a 0.9c, o sea, a 270,000 km/s. A esta velocidad, Juan esperaría casi nueve años a que su hermana volviera a la Tierra, mientras que el viaje, según el reloj de María, habría durado menos de cuatro años. Tanto los relojes de la nave espacial como el biológico de María correrían más lentamente que en la Tierra, esto querría decir que María regresaría cinco años menor a lo previsto.
Dilatar de esta manera el tiempo sucede ya en la práctica, aunque no con naves espaciales, pero sí con las partículas, las cuales son más fáciles de acelerar. Si un día las naves alcanzan las velocidades relativistas, para los viajeros será una manera de rejuvenecer con respecto a sus familiares que se quedarán en la Tierra. Así podemos imaginar que un padre que viajara con la velocidad cercana a la de la luz, al regresar tendrá menos años que su hijo. ¡Si viaja con la velocidad 0.99c durante cuatro años, en la Tierra transcurrirán 28 años mientras tanto!
Viajes relativistas
Pareciera que el problema de los viajes al futuro estaría resuelto si pudiíéramos alcanzar velocidades relativistas; entonces, viajar a una estrella medianamente cercana podría hacerse en tiempos de vida humana. Sin embargo, alcanzar una velocidad relativista es mucho más complejo que lo que uno se imagina. En la actualidad, las únicas naves capaces de transportar humanos fuera de la Tierra son los Soyuz de Rusia y en su tiempo los transbordadores de la NASA, los cuales no superan siquiera la órbita terrestre. Se trata de naves mucho más pesadas que las no tripuladas, ya que contienen grandes sistemas y equipo especializado para mantener la vida humana, y combustible necesario para su regreso.
El 90% del peso de estos transbordadores consta de tanques de combustible que se desechan a medida que se van utilizando. Para desplazarse a 3 km/s se necesitan unas 400 toneladas de combustible químico. A esa velocidad, la nave tardaría 800,000 años en ir a Alfa Centauri y regresar. Para llegar a los 10 km/s se necesitarían unos ¡500 millones de toneladas de combustible químico!, y ni siquiera estaríamos cerca de alcanzar una velocidad relativista. Mientras más rápido se desee viajar, más combustible se necesita; para llevar ese combustible se requieren más tanques que aumentan la masa de la nave, pero entre más pesada es la nave más difícil es acelerarla, lo cual crea un círculo vicioso.
Según los datos anteriores, se antoja imprescindible un sistema de combustión mucho más eficiente; por ejemplo, uno que utilice la fusión nuclear para aumentar la velocidad de las naves a por lo menos unos 30,000 km/s (0.1c). Sin embargo, se trata de una tecnología que aún hoy no se encuentra disponible. Para lograr una velocidad de unos 270,000 km/s (0.9c) habría que fusionar unas 8,000 toneladas de hidrógeno, mientras que para alcanzar 294,000 km/s (0.98c) se requerirían más de ¡10,000 billones de toneladas de hidrógeno! Una cantidad muy superior a la existente en el planeta.
Soñemos, entonces, con una fuente de energía ideal, como la antimateria, cuya producción sólo es posible a pequeña escala en los aceleradores de partículas. La antimateria se destruye al entrar en contacto con la materia, transformándose en energía pura en forma de rayos gamma. Para viajar una distancia de 10 años luz bastarían unas 140 toneladas de antimateria, una energía equivalente a la que consume la Tierra en 200 años. Sin embargo, para producir tal volumen de antimateria se necesitaría una cantidad de energía similar. Además, sería preciso aislarla por completo de cualquier tipo de materia, de lo contrario ocurriría una explosión con suficiente fuerza para destruir la Tierra. ¿Estamos ante un sueño?
La flecha del tiempo
Físicamente es posible viajar al futuro, a pesar de las dificultades tecnológicas actuales; sin embargo, invertir la flecha del tiempo y regresar al pasado no se ve como una posibilidad real. Es sencillo reconocer cuando una película (digamos, de vaqueros) está siendo proyectada en sentido contrario. Sabemos que las balas no salen de los cuerpos para entrar en los revólveres, que las personas no saltan del suelo para cabalgar hacia atrás, y que los ladrones no regresan el dinero a los bancos. Además de que las cosas suceden de manera causal, cuando la materia interactúa (cuando la bala sale del revólver) ocurren fuerzas de fricción que producen calor: una forma de energía que no se recupera. Las leyes de Newton están dirigidas a los objetos que se mueven sin fricción, como los planetas en el vacío. Nadie se daría cuenta de que una película del sistema solar está siendo proyectada en reversa, pues da lo mismo que los planetas giren a la derecha o a la izquierda.
El problema del calor no es tratado en la mecánica clásica ni en la relativista, sino en la termodinámica. La segunda ley de la termodinámica trata sobre la entropía, una medida de esa energía que se pierde cuando la materia interactúa. Esta es la única ley física que nos da señales de la dirección del tiempo. La entropía es una medida del desorden, y plantea que el universo tiende al desorden por una cuestión de probabilidad. ¿Quíé es más factible que suceda cuando uno agita una caja llena de piezas de un rompecabezas? Lo más probable es que las piezas no se hayan acomodado perfectamente. No hay ninguna ley que prohíba que el dibujo del rompecabezas se acomode sólo al agitar la caja, que una bala entre en un revólver, que las cosas sucedan en sentido contrario, pero la probabilidad de que esto pase es muy baja. No hay duda de que viajar al futuro es posible, ya sea que entremos en estado de coma por muchos años, nos congelen o nos vayamos de viaje y aprovechemos la dilatación del tiempo, pero lo más interesante sería poder regresar y hacer uso de los conocimientos del futuro, como evitar algún tipo de desastre bacteriológico aprovechando las novedades tecnológicas. ¿Es posible?
Inversión del orden
El efecto de dilatar el tiempo puede resultar en que la distancia temporal entre dos sucesos se observe de manera distinta. Si un vaquero dispara su revólver y mata al ladrón, el periodo de tiempo que tarda la bala en su recorrido puede cambiar según la velocidad de los observadores. Sin embargo, la bala siempre saldrá primero de la pistola y luego matará al ladrón. Si el disparo y el impacto están relacionados causalmente, no hay manera de que el impacto sea percibido antes de que el gatillo haya sido accionado. Si una señal luminosa es enviada de la Tierra a Andrómeda, la galaxia más cercana, todos los eventos que sucedan allá antes de que la señal llegue estarán libres de todo efecto provocado por la señal. Se dice que se encuentran fuera del cono de luz de, en este caso, la transmisión. Pero todo lo que suceda despuíés de que llegó la señal se encontrará dentro de su cono de luz. Sólo dos eventos que no estíén relacionados causalmente podrán registrarse en orden inverso por distintos observadores.
Para que dos eventos relacionados causalmente se observaran en orden inverso tendría que existir alguna partícula o tipo de señal que viajara más rápido que la luz. A estas partículas hipotíéticas se las ha llamado taquiones. La relatividad no excluye la posibilidad de que existan partículas cuya velocidad sea siempre mayor que la de la luz; su tiempo propio probablemente iría en sentido contrario y ello permitiría comunicarse con el pasado. Los taquiones no han sido detectados, pero su existencia implicaría un sinfín de paradojas, como la posibilidad de comunicarse con uno mismo para cambiar su vida posterior e, incluso, dispararse a sí mismo en un autoinfanticidio. Son más los motivos lógicos que los físicos los que nos hacen pensar que desplazarse más rápido que la luz, e ir al pasado, es imposible.
Nuestra percepción cotidiana no es de un tiempo absoluto, sino de uno que transcurre a distintas velocidades según el estado de ánimo y, curiosamente, al contrario de la relatividad, mientras más distraídos u ocupados estamos, más rápido corre; si estamos aburridos el tiempo suele alargarse. Pero la percepción del tiempo tambiíén depende de una visión cultural. En íépocas antiguas, el tiempo era cíclico y dentro de sus ciclos los acontecimientos importantes debían repetirse tal como los equinoccios, los eclipses, la alineación de los planetas... La vida y la muerte eran cíclicas. En religiones como el hinduismo y el budismo, los ciclos son mucho más largos, de miles de años, al tíérmino de los cuales el mundo se acaba y vuelve a nacer. Para las religiones monoteístas, el tiempo es finito ya que fue creado junto con el cielo y para algunas, con el Apocalipsis, habrá de llegar a su fin para no regresar.
El tiempo absoluto estuvo muy acorde con las ideas modernas de historia y progreso: la historia busca en el pasado, mientras que las ideas de progreso miran al futuro como si el tiempo no se detuviese. A pesar de que las teorías de Einstein fueron del siglo XX, el tiempo-espacio relativo y todas las curiosidades nunca antes imaginadas, consecuencias de la relatividad y de la física cuántica, como hoyos negros, materia y energía oscura, hoyos de gusano, universo en expansión y espacio curvo, incluyendo la posibilidad de detener el tiempo, se presentan como ideas de la posmodernidad. Si los viajes al pasado se volvieran realidad, nuestra concepción cultural del tiempo probablemente volvería a cambiar, tal vez a un tiempo enredado.
Originalmente publicado en el número de QUO 105 de 2006.
