Universo, teorías del espacio-tiempo

Antes de Einstein, el Universo era algo bastante sencillo. Los objetos celestes y cosas en la Tierra se movían debido a la fuerza de gravedad. Mientras tanto, el tiempo transcurría independientemente. Sin embargo, el genio de la física lo complicó todo, descubrió que el tiempo también estaba sujeto a las fuerzas gravitacionales. Este descubrimiento permitió grandes avances científicos y tecnológicos, creando una nueva dimensión: el espacio-tiempo. ¿Todavía estás a años luz de comprenderlo? Aquí te lo explicaremos.

¿Qué es el espacio-tiempo?

Para comenzar, definamos el problema y por qué preocupa a los científicos. En realidad, desde los tiempos más remotos la Humanidad trató de explicar el movimiento de los astros, que sin duda está relacionado con el paso del tiempo. Era importante, ya que poder predecir la posición del sol, la luna y las estrellas, tenía muchas aplicaciones prácticas en la navegación y la agricultura.

Los distintos avances no conseguían explicar completamente las incógnitas del Universo. Pero Einstein descubrió que todos los fenómenos físicos ocurren en una combinación de tiempo y espacio, y que las trayectorias son relativas a la posición del observador. Incluyó la física de la luz, ya que sin ella no se podría realizar ninguna observación.

De esa forma, explicó que el espacio-tiempo es un fenómeno físico que resulta tanto del movimiento de los cuerpos como la velocidad de la luz. Un punto se define por cuatro coordenadas: tres describen el volumen y la cuarta es el tiempo. Posteriormente y en base a cálculos y ecuaciones, se demostró que el espacio-tiempo es un tejido único sin el cual la realidad no es posible.

La relación entre el espacio, el tiempo y la velocidad de la luz se puede ver claramente en la definición del metro. Antiguamente el metro se definió como la diezmillonésima parte de la distancia que separa al Polo Norte del Ecuador.  En cambio, en la actualidad se define al metro como “la longitud de la trayectoria que recorre un rayo de luz en el vacío en un tiempo de 1/299792458 de segundo”.

Avances del descubrimiento del espacio-tiempo

La teoría de la relatividad de Einstein y su descubrimiento de la cuarta dimensión, es decir el tiempo, permitió grandes avances. Por ejemplo, el GPS. Lo usamos a diario para posicionarnos y es la aplicación más conocida. Utiliza 32 satélites que orbitan alrededor de la Tierra para calcular millones de posiciones terrestres cada día. A esa altitud la gravedad de la Tierra es menor y el tiempo va más rápido: 45 microsegundos cada 24 horas.

Sin embargo y debido a la velocidad, el tiempo se hace más lento: 7 microsegundos por día. Si no se tuvieran en cuenta estos efectos, los dispositivos no tendrían precisión o la perderían rápidamente.

Teorías a partir del espacio-tiempo

Los descubrimientos de Einstein dieron lugar a diferentes teorías sobre el espacio-tiempo.

• El origen del espacio-tiempo, de Stephen Hawking. Este físico señaló al Big Bang como el comienzo del espacio-tiempo, o, mejor dicho, que el espacio-tiempo comenzó justo después del Big Bang. Recordemos que el Big Bang es la gran explosión que dio origen al cosmos, por lo tanto, antes no se podría hablar de espacio tiempo, pero sí una infinitamente pequeña fracción de segundo después.
• Teoría de las cuerdas, de Leonard Susskind. Predijo que las partículas pueden verse como hilos de energía en vez de puntos. Su teoría necesita varias dimensiones más que las del espacio-tiempo, pero junto con otras siguientes como la de las supercuerdas, puede explicar algunas incógnitas del Universo.
• Materia oscura, de Vera Rubin. Esta astrónoma observó que las regiones exteriores de las galaxias se movían más rápido de lo que la fuerza de gravedad permitiría. Por lo tanto, para que no se desintegraran, debería existir una masa mayor que la observable. Denominó a esta masa “materia oscura” y probó su existencia a partir de la curvatura del espacio-tiempo.

Futuro de las teorías del espacio-tiempo

Hasta Einstein, se veía al espacio como un plano de tres dimensiones. La genialidad de Einstein demostró que en realidad el espacio-tiempo no es un plano, sino una red flexible deformada por las masas de los distintos cuerpos celestes. Además, la velocidad del tiempo está influenciada por la gravedad. Ahora se sabe que:

• A bordo de un cohete en el espacio el tiempo pasa más rápido, porque está más lejos del campo gravitatorio de la Tierra.
• Cerca de un agujero negro, el tiempo transcurre más lento porque la fuerza de gravedad es mayor.
• A partir del descubrimiento de la velocidad de la luz, el tiempo puede expresarse en unidades de distancia y viceversa.

Una de las consecuencias más sorprendentes es la posibilidad de viajar a una velocidad mayor que la de la luz y así lograr viajes interestelares más rápidos. Por ejemplo, en las condiciones actuales, para llegar a Marte se necesitan alrededor de 450 días terrestres.

La teoría del espacio-tiempo de Einstein inspiró modelos en los que se podría curvar el espacio-tiempo mediante la materia oscura. ¿Se podrá viajar en el tiempo?