¿Es verdad que si un astronauta viaja mucho tiempo en el espacio vuelve más joven? - Martín (11)

Las teorías físicas sugieren que la velocidad a la que fluye el tiempo es distinta dependiendo del observador. Si un astronauta hiciera un viaje muy largo, como puede ser a otra estrella, en una nave que se moviera muy rápido (por ejemplo, a una velocidad cercana a la de la luz) y luego volviera, veríamos que para ese astronauta el tiempo pasó más lento que para nosotros que nos quedamos en la Tierra. Por esta razón, si tuviéramos una astronauta amiga de nuestra misma edad que hiciera un largo viaje a otra estrella en una nave muy rápida, al regresar sería más joven que nosotros, porque el tiempo para ella habría transcurrido más lentamente. Por ahora no existen naves espaciales lo suficientemente rápidas ni se han hecho viajes tan lejos como para que este efecto se observe directamente con personas. Pero se han realizado experimentos con partículas elementales moviéndose a muy altas velocidades y se observó que el tiempo para estas partículas pasa más lento que para los relojes que están quietos en el laboratorio.

Un ejemplo de esto es lo que le ocurre a unas partículas llamadas muones, que son muy parecidas a los electrones pero un poco más pesadas. Cuando los rayos cósmicos que vienen del espacio chocan con las capas altas de la atmósfera de la Tierra se forman, entre otras cosas, estos muones. En los laboratorios de la Tierra se ha visto que los muones tienen una vida muy corta al final de la cual se desintegran formando otras partículas. Este tiempo de vida es tan corto que no permitiría que los muones formados en la atmósfera pudieran alcanzar la superficie de la Tierra, ya que no podrían recorrer toda esa distancia en un tiempo tan corto. Sin embargo, se ha logrado detectarlos cerca de la superficie de la Tierra. Esto sucede porque un muón moviéndose a una velocidad muy alta envejece más lentamente que uno que esté en reposo en un laboratorio. Por eso logran vivir lo suficiente sin desintegrarse antes de llegar a la Tierra. Es algo parecido a lo que le pasaría a nuestra amiga astronauta que al viajar a alta velocidad envejecería más lentamente que sus compañeros de escuela que se quedaron en la Tierra.

También hay otro motivo por el cual un astronauta podría experimentar el tiempo en forma diferente a una persona que se queda en la Tierra. La velocidad a la que transcurre el tiempo también se ve modificada por la intensidad de la gravedad (o sea, la atracción que ejercen los objetos con masa, como los planetas, la misma que hace que al saltar vuelvas a caer sobre la Tierra). En aquellos lugares donde la gravedad es más intensa el tiempo transcurre más lenta; es decir que cerca del nivel del mar transcurre más lento que en la cima de una montaña. Una cosa curiosa es que debido a este efecto, si estamos parados el tiempo transcurre un poco más lento en nuestros pies que en nuestra cabeza.

El efecto es tan pequeño que no lo notamos ni siquiera si nos vamos a la cima de la montaña más alta. Sin embargo, esas diferencias en la velocidad a la que marchan los relojes que están más cerca o más lejos de la superficie de la Tierra tienen que ser tomadas en cuenta, por ejemplo, en los satélites que ayudan a que nuestros celulares puedan medir nuestra posición precisa en un mapa de la Tierra mediante una tecnología llamada GPS. Para triangular nuestra posición en forma correcta, es necesario medir distancias con mucha precisión y para eso se necesita tener una medida muy exacta del tiempo.

Las diferencias de tiempo entre los relojes de los satélites y los de la Tierra son pequeñas (se desfasan menos de 1 segundo cada 20 años), pero aún esas diferencias pequeñas van acumulándose y luego de un mes pueden generar errores de varios kilómetros en la ubicación que nos da el celular. Eso es un error demasiado grande como para que el GPS resultara útil, por tanto es necesario tener en cuenta los efectos del campo gravitatorio sobre la velocidad a la que marcha el tiempo.

Una cuestión curiosa es que este efecto de la gravedad va en el sentido contrario al efecto de la velocidad. En este caso, el astronauta que está más alto (o más lejos de la Tierra) experimenta el tiempo en forma más rápida que el que está más abajo (o sobre la superficie de la Tierra). Son dos efectos que van en direcciones contrarias, pero que también podrían implicar que, para un astronauta que estuviera en una órbita muy alta en una zona con un campo gravitatorio muy pequeño, si no se mueve a una velocidad muy grande, el tiempo correría más rápido para él respecto a las personas que se quedaron en la Tierra. Este efecto sería mucho más notable en un lugar con un campo gravitatorio muy intenso, como podrían ser las proximidades de una estrella muy densa o de un agujero negro. Un ejemplo de esto se puede ver en la película Interestelar, en donde los astronautas aterrizan en un planeta que está muy cerca de un agujero negro. En la película se dice que una hora en ese planeta, equivale a siete años en la Tierra. Por tanto esos astronautas al volver serán mucho más jóvenes que sus compañeros de la escuela que quedaron en la Tierra.

Ernesto Blanco. Foto: Difusión.

Ernesto Blanco. Foto: Difusión.

Según la física hay motivos para pensar que alguien que viaje al espacio pueda volver más joven. Pero las naves espaciales que existen actualmente no alcanzan velocidades tan altas y los lugares a los que se puede viajar no tienen campos gravitatorios tan intensos como para que estos efectos se noten sin medirlos con instrumentos muy precisos.

Sin embargo, en un viaje de ciencia ficción de ida y vuelta a otra estrella, a una velocidad cercana a la de la luz, sí se observarían efectos dramáticos. También pasarían cosas interesantes si nos acercáramos mucho a un agujero negro. En casos así podría pasar que nuestra amiga astronauta hubiera envejecido solamente un año mientras que en la Tierra pasaron 100 años. Actualmente no existe ninguna tecnología que nos permita hacer algo así, pero tal vez se pueda desarrollar en el futuro como se cuenta en muchas historias de ciencia ficción.

Queremos saber si es verdad que viajando más rápido que la velocidad de la luz se puede viajar en el tiempo. Leandro (9) y Bruno (5)

Los físicos utilizan unas ecuaciones matemáticas para saber cómo cambia el tiempo dependiendo de la velocidad a la que un observador se mueve respecto a otro. Esas ecuaciones, en el caso de que la velocidad sea más rápida que la de la luz, tienen un comportamiento extraño, que puede interpretarse como que el tiempo se mueve hacia atrás. Esto implicaría que viajando más rápido que la luz podríamos viajar hacia el pasado. Incluso se le ha dado un nombre a esas hipotéticas partículas que podrían moverse más rápido que la luz: se les llama taquiones. Ese nombre viene del griego, como muchos otros nombres usados para descubrimientos científicos, y quiere decir “rápido” o “veloz”. En principio, su existencia es posible teóricamente pero no hay ninguna evidencia experimental de que efectivamente existan. Un problema para el viaje al pasado por este método es que la materia normal no puede alcanzar la velocidad de la luz, ya que para acelerar cada vez se requiere más energía, a la que nunca se puede acceder. A su vez a los taquiones les pasaría al revés, nunca podrían frenarse hasta llegar a la velocidad de la luz o a una velocidad menor. Por lo tanto serían como dos universos paralelos: el de los taquiones y el de la materia ordinaria, unos viajando hacia atrás en el tiempo y otros hacia adelante. Entonces no sería posible alcanzar la velocidad de la luz o superarla, pero si ocurriera, sí se viajaría hacia el pasado.

Otra cosa interesante es qué pasa si nos movemos exactamente a la velocidad de la luz. En ese caso el tiempo se congelaría, dejaría de transcurrir. Se percibirían todos los eventos del universo como ocurriendo en un mismo instante. Eso sería lo que le pasa a la luz cuando viaja y es algo muy extraño de imaginar.

¿Cómo sería y cómo funcionaría una máquina del tiempo? ¿Se puede hacer una en casa? ¿Existen las máquinas del tiempo? Harry (9), Nina (5), Juan (7)

Las personas que se dedican a la física han pensado varias formas teóricas en que se podría viajar al pasado. Pero muchas de esas formas requieren elementos que no tenemos o que ni siquiera se sabe si existen, como por ejemplo materia con masa negativa. Por ahora no se puede construir una máquina del tiempo ni en una casa ni en ninguna parte, ya que no existen las máquinas del tiempo salvo en cuentos, novelas o películas de ciencia ficción.

Pero en realidad, siempre estamos viajando en el tiempo: estamos moviéndonos hacia el futuro. La velocidad de ese viaje puede modificarse con respecto, por ejemplo, a otras personas que viven en la Tierra. Si existiera una nave espacial que nos permitiera viajar a una velocidad cercana a la de la luz y la usáramos para alejarnos de la Tierra y luego volver, veríamos que el tiempo para nosotros pasó mucho más lento que para las personas que se quedaron en la Tierra. Al volver después de un año de viaje, si viajáramos a una velocidad suficientemente alta, podríamos encontrar que en la Tierra pasaron cientos o miles de años. Y eso también puede ser una especie de máquina del tiempo, es una forma de viajar al futuro que sería posible teóricamente.

Querría saber si el tiempo es infinito. Cleme Corchea (7 años)

Esta es una pregunta muy interesante y difícil de contestar con los conocimientos de física que se tienen en la actualidad. Quienes se dedican a la física y la astronomía piensan que hubo un origen del tiempo. El tiempo nació junto con el resto del universo en un evento que ocurrió hace unos 14 mil millones de años que se conoce como “Big Bang” o Gran Explosión. Todavía no tenemos una teoría física clara para describir lo que ocurrió antes de eso. Por lo tanto, hacia el pasado el tiempo tendría un origen y no parece ser infinito.

Sin embargo, existe la posibilidad de que el tiempo hacia el futuro sea infinito. Las teorías cosmológicas sugieren que eso depende en gran medida de la composición exacta de la materia del universo y de cómo son exactamente las fuerzas que actúan. Una posibilidad es que el universo, que en este momento se está expandiendo de acuerdo a lo que muestran las observaciones astronómicas del movimiento de las galaxias y las teorías de cosmología que tenemos, en algún momento se empiece a frenar y empiece a contraerse de nuevo, y que se llegue a lo que se denomina “Big Crunch” (Gran Implosión), es decir, que se aplaste sobre sí mismo, con lo cual podría haber un final del tiempo. Pero también podría pasar que el universo se siga expandiendo eternamente en lo que se conoce como “Big Rip” (Gran Desgarro) y el tiempo hacia el futuro sea infinito. Tampoco sabemos qué pasaba con el tiempo antes del Big Bang o qué pasaría luego de un Big Crunch. Por tanto para responder tu pregunta aún se necesita seguir investigando mucho en física. Queda mucho trabajo divertido para hacer si deciden dedicarse a la ciencia.

Quisiera saber sobre las paradojas en el tiempo. Ponele, si viajás a la época de tus padres y matás a uno, ¿desaparecés? - Tobías (8)

Uno de los motivos por los que se desconfía de la posibilidad de viajar al pasado es la existencia de ese tipo de paradojas. Una idea, que parece la más razonable, es que en caso de que se pudiera viajar hacia atrás en el tiempo (lo cual, en teoría, podría ocurrir) no sería posible cambiar ninguna de las circunstancias que hicieron posible ese viaje. Las leyes de la física harían imposible que pudieras hacer algo que evitara tu nacimiento, como impedir que tus padres se conozcan.

Si efectivamente lograras viajar al pasado, eso implica que ya estuviste ahí y que los eventos que sucedieron lo hicieron con tu yo que viajó al pasado participando en ellos. Por eso, no estarías cambiando lo que sucedió, sino que estarías recreando, sin saberlo, las cosas que ya pasaron.

Un muy buen ejemplo de esto se ve en la película Harry Potter y el prisionero de Azkaban. En un momento de la película, Harry, Hermione y Ron están en la cabaña de Hagrid, pero no tienen permiso para estar allí. Ninguno nota que Dumbledore y otras personas se acercan al lugar y podrían descubrirlos. Pero entonces, una piedra lanzada desde afuera rompe un jarrón, lo que hace que miren por la ventana para ver qué sucede. Ahí ven aproximarse a Dumbledore y los demás, y salen por la puerta trasera para que no los descubran. Más adelante en la trama, Harry y Hermione viajan al pasado y observan escondidos, desde afuera de la cabaña, todo lo sucedido en aquel momento. Hermione, al darse cuenta de que ellos no estaban saliendo de la cabaña a tiempo y recordar lo que había ocurrido, toma una piedra y la lanza para romper el jarrón que había hecho que miraran para afuera cuando ella vivió anteriormente esos eventos.

Ese es un muy buen ejemplo de cómo sería un viaje en el tiempo sin paradojas. Las cosas vuelven ocurrir de nuevo exactamente del mismo modo teniendo como protagonistas en forma simultánea a los viajeros del tiempo y a quienes no lo son. Muchos físicos plantean que, de ser posible el viaje hacia atrás en el tiempo, esa sería la forma en que se daría. Otros piensan que el riesgo de caer en paradojas debe ser una señal de que el viaje en el tiempo debería ser físicamente imposible. El físico Stephen Hawking decía que el hecho de que no haya viajeros del futuro entre nosotros sería una evidencia de que el viaje al pasado es imposible.

Quiénes tienen razón es algo que aún no se sabe y que los lectores de Gigantes podrían investigar en el futuro (o en el pasado).

Si me pasa algo o me sale algo mal, ¿una máquina del tiempo me permitiría viajar al pasado y arreglarlo? - Chihira (11 años)

Las teorías físicas sugieren algunos mecanismos que permitirían el viaje al pasado, es decir, la existencia de lo que se llaman líneas del tiempo cerradas. Pero resulta preocupante la idea de que se pudiera modificar lo que ya ocurrió en ese pasado. Eso violaría lo que se conoce como principio de causalidad, es decir que las causas ocurren antes que sus efectos. Se generarían paradojas como la de viajar al pasado y hacer algo que impida que en el futuro puedas realizar ese viaje. Preocupado por esas paradojas el físico Stephen Hawking propuso algo llamado la conjetura de la protección de la cronología. La misma sugiere que las leyes de la física deberían hacer imposible el viaje en el tiempo al pasado. Él decía que el hecho de que no haya viajeros del futuro entre nosotros sería una evidencia de que el viaje al pasado es imposible.

Por lo tanto, de ser cierta esta idea, no podrías ir al pasado para arreglar algo que te sale mal. Si algo nos sale mal, parece que por ahora la única opción que nos queda es tratar de aprender de nuestros errores para no volver a cometerlos. El tiempo y su avance constante hacia el futuro es algo que nos permite crecer, aprender y adquirir nuevas habilidades, hacer cosas que antes no podíamos. Es lindo poder disfrutar de eso y quien sabe, tal vez en algún momento puedas descubrir que una máquina del tiempo, o alguna otra cosa igual de maravillosa, es posible.

¿Podrían preguntarle a Ernesto Blanco qué es lo que estudian los físicos del tiempo y de que sirve hacerlo? - Helena (11 años)

A los físicos les interesan muchas cosas respecto al tiempo. En particular, hay una pregunta que sigue resultando difícil de responder: ¿qué es realmente el tiempo? Para la física parece ser un número más que permite ubicar un evento que ocurre en el universo. Al igual que con la posición medida en el espacio, el tiempo permitiría ubicar a un evento en el momento en que ocurrió. A esos números que nos ayudan a localizar un evento se les llama coordenadas. Las teorías físicas actuales dicen que el espacio y el tiempo son dos manifestaciones de una misma entidad (el espacio-tiempo) y que depende de cómo se observe, algo nos parecerá ser tiempo o espacio. Esto nos lleva a otra pregunta que es, ¿por qué al tiempo lo experimentamos diferente si es una más de esas coordenadas? En esto trabajan muchas personas que se dedican a la física y es algo para lo cual aún no tenemos una respuesta clara.

Por otro lado, quienes hacen física trabajan y piensan sobre cuál es la mejor forma de medir el tiempo. En este momento hay algunas ideas muy interesantes de usar propiedades de los núcleos atómicos para construir relojes más precisos que los que ya existen. También es interesante medir si los cambios en la velocidad a la que transcurre el tiempo dependiendo de la gravedad y la velocidad son los mismos que predicen las teorías físicas. Para eso se hacen experimentos. Uno muy interesante se hizo en 1971, el mismo año en que yo nací. Se utilizaron dos relojes muy precisos perfectamente sincronizados. Uno de los relojes se dejó en tierra y el otro se colocó en un avión con la capacidad de moverse a alta velocidad alrededor de la Tierra. El avión dio la vuelta a la Tierra en dos ocasiones, una viajando hacia el Este y otra viajando hacia el Oeste. Como la Tierra gira sobre su eje se esperaba que las diferencias entre el tiempo del reloj del avión y el tiempo del reloj que se mantuvo en la superficie serían distintas en cada uno de esos viajes. Se pudo ver que los relojes marcharon a velocidades distintas de un modo que coincidía perfectamente con los cálculos teóricos. Más recientemente, en el año 2014, la Agencia Espacial Europea lanzó un satélite comercial con la intención de colocarlo en una órbita circular alrededor de la Tierra a una distancia muy grande (más de 20 mil kilómetros). Pero el lanzamiento salió mal y la órbita no quedó circular, sino que quedó con una forma mucho más estirada a la que se le llama elíptica. Esto significa que durante su órbita hay momentos por los que pasa muy cerca de la Tierra y momentos en los que se aleja mucho de la Tierra. Por eso, se decidió aprovechar ese fallo para investigar el efecto del campo gravitatorio de la Tierra en la velocidad a la que transcurre el tiempo para el reloj que el satélite tenía instalado. La idea era ver si las predicciones de la teoría física eran correctas. Este experimento, fruto de un error en el lanzamiento, permitió hacer una de las medidas más precisas de este efecto que se han hecho hasta el momento. Las medidas de tiempo coincidieron con gran precisión con los cálculos matemáticos que se hicieron usando las teorías físicas. Esto hace que podamos seguir confiando en las teorías físicas que tenemos sobre cómo la gravedad influye en el tiempo. Este es un lindo ejemplo de cómo aprovechar un error involuntario sin necesidad de viajar al pasado para arreglarlo. Un lanzamiento de un satélite que salió mal permitió hacer un excelente experimento de física.

Otra cosa que se investiga en física es si el tiempo se puede medir usando lo que se llaman “números reales”, es decir números con toda la cantidad de dígitos que uno quiera tener después de la coma. En general lo hacemos así, pero tal vez eso no sea del todo correcto. Hay algunas teorías de la física que todavía están en desarrollo que plantean que el tiempo podría estar formado de átomos de tiempo y por tanto que podría contarse usando números sin coma (se llaman números enteros).

Por otro lado, otra cuestión muy importante desde el punto de vista de la física es entender por qué el tiempo parece avanzar en la dirección que para nosotros es desde el pasado hacia el futuro, y qué es lo que distingue pasado, presente y futuro. Esto se llama el problema de la flecha del tiempo. Muchas de las leyes de la física no distinguen entre pasado y futuro, son indiferentes respecto a la dirección en la que se mueve el tiempo, por lo tanto, entender por qué nosotros experimentamos esa diferencia es un tema importante. Hay algunos físicos (como Carlo Rovelli autor de un libro muy interesante sobre el tiempo) que piensan que el tiempo puede ser una ilusión, que eso de ir desde el pasado hacia el futuro tiene que ver con que el pasado es un momento en el cual las cosas estaban más ordenadas, el futuro es un momento en el cual las cosas se van desordenando cada vez más y que esa distinción es relevante para seres con las características que tenemos nosotros, pero que otro tipo de entidades en el universo podrían no experimentar el tiempo de esa manera. En particular, el hecho de tener una memoria que nos permite recordar el pasado pero no el futuro podría ser parte de esa ilusión.

Además de la física, hay otras disciplinas científicas que se interesan por el tiempo. Por ejemplo, en biología interesa estudiar cómo los seres vivos perciben el tiempo y cómo regulan sus ciclos vitales a partir de mecanismos llamados relojes internos. También, en antropología interesa el estudio de cómo distintas culturas humanas perciben el tiempo de forma diferente, tienen ritmos de vida muy diversos y se manejan respecto al tiempo de modos variados. Una cuestión interesante es que muchos de nosotros imaginamos el futuro como algo que está adelante nuestro, como si fuéramos a caminar hacia allí, y el pasado lo imaginamos como si estuviera atrás nuestro, como si viniéramos desde allí. Pero parece que hay personas que lo imaginan distinto. Hay quienes se imaginan al futuro como si estuviera atrás, donde están las cosas que aún no podemos ver y que el pasado está adelante en donde están las cosas que podemos ver y ya conocemos. Por tanto quienes se dediquen a la física podrán estudiar cosas sobre el tiempo, pero también lo podrán hacer quienes se dediquen a la biología, a la antropología o a otras disciplinas. Y si les gusta contar historias, imaginar viajes en el tiempo y el espacio es también un tema muy divertido.