El problema del tiempo ha sido
tomado hasta inicios del siglo XX como una dimensión
independiente de lo material. Se ha conjeturado sobre viajes al
futuro o al pasado donde el tiempo es la
magnitud que se busca controlar. Actualmente se tiene una idea
del viaje al futuro como la aplicación de una pausa a las
funciones de
un sistema, por
ejemplo en los procesos de
hibernación de algunos mamíferos, o más claro aún,
el congelamiento de batracios que sobreviven a sus deshielos
transcurrido el invierno. La ciencia de
la criogenia hace experimentos con
seres humanos congelándolos para despertarlos en un futuro
donde sea posible reanimarlos. En todos estos casos se trata de
detener las funciones
mínimas de la materia. Sin
embargo un viaje al pasado es lo que no parece tan simple y
todavía no tenemos suficientes fundamentos para tratarlo
de una forma coherente.
Hoy en día en que los satélites
juegan un papel
importante en los sistemas de
navegación o posicionamiento
global, está comprobada la influencia gravitatoria sobre
el tiempo, y no se pueden obviar sus efectos al diseñar
sus sistemas
informáticos ya que son colocados en órbita a una
distancia considerable de la
tierra.
Como estudiantes de Física, sabemos que
el tiempo es relativo y nos limitamos a la demostración
matemática, pero no profundizamos en la
naturaleza de
lo que acontece.
Motivo de mi investigación es tratar de dar una descripción de los diferentes transcursos
de tiempo sujetos a influencia gravitatoria, planteando un caso
ideal en el que interviene la conservación del Momento y
la variación del transcurso del tiempo.
Basándome en conceptos básicos como son
las ideas del movimiento
rectilíneo uniforme, el centro de masa, y el desecho del
concepto de
tiempo absoluto, intento aproximarme a la realidad de la
expansión del universo.
Se justifica una expansión del universo con
aceleración relativa si damos por establecido lo
siguiente:
- El tiempo se relaciona con el movimiento,
en particular con los movimientos inerciales. - La rapidez del tiempo se incrementa con la distancia
a cuerpos de gran masa. - El efecto gravitatorio de las galaxias
separándose es el mismo que el de la masa universal
concentrada en un punto centro de masa, cuando actúa
sobre una galaxia.
El tiempo es una sucesión de estados
correspondientes a una variación de energía o
cambio de
posición. Siendo así, en un sistema se le
puede cuantizar por estados, si queremos independizarnos de
relojes referenciales. Si ocurre un ciclo inercial, se
reiniciaría la cuenta desde cero al medir el tiempo.
Entendiéndose por ciclo inercial aquel que una vez
finalizado queda en las mismas condiciones iniciales y durante el
cual no hay pérdida de energía.
Mis conclusiones son:
- La materia-energía puede existir sin
tiempo. - El tiempo no puede existir sin
materia-energía.
Según la primera ley de la
termodinámica que nos dice: "La materia no
se crea ni se destruye, sólo se transforma", y de la
equivalencia entre masa y energía dada por la Física moderna la
cual considera a la masa como energía condensada y a la
energía como materia disipada; considerando un sistema
adiabático que contiene una partícula estable,
esperamos que ésta permanezca inalterable mientras no
reciba una perturbación externa al sistema. De esta forma
no tiene sentido decir que la partícula envejece. Es lo
que he tomado como un ejemplo de un sistema independiente del
tiempo .
El giro de un electrón sobre su eje es lo que se
conoce como su spin y es lo que he considerado un ciclo
inercial, dado que está continuamente girando.
En el universo
interactúan los sistemas microscópicos con los
macroscópicos. Consideremos un sistema macroscópico
sin interacción externa, mientras los ciclos inerciales en
los sistemas microscópicos internos no produzcan
reacciones físico-químicas que alteren la naturaleza
inicial, el sistema macroscópico no cambiará de
estado,
permanecerá inalterable, o podría interpretarse
como un viaje al futuro de este sistema respecto a otros que
sí cambian de estado. Ya que
viajar al futuro significa retardar o detener el tiempo del
objeto que viaja a través de él.
Nuestra medida del tiempo tal como la conocemos son
referencias entre movimientos tales como la rotación de la
tierra u
oscilaciones atómicas. Representando los átomos una
de las partes elementales de la materia, se asumen las
oscilaciones atómicas como un buen patrón de tiempo
referencial. Según Resnick y Halliday (1965):
Con relojes atómicos será posible
estudiar muchos problemas de
gran interés
científico e importancia práctica, variando desde
cambios en la rotación de la Tierra y
verificaciones de la teoría de la relatividad, hasta mejoras
en la navegación. (p. 30)
Definiré un evento como un sistema que cambia de
estado. Este cambio de
estado es lo que origina el tiempo en ese evento. Si
modificáramos nuestra tradicional concepción del
tiempo, diríamos: entre dos eventos iguales
que se inician simultáneamente, el que ocurre primero
emplea más tiempo, pero una vez ocurrido el segundo evento
habrá empleado el mismo tiempo; siempre y cuando no
consideremos un tercer evento como referencia. Se trataría
sólo de cuantizar estados sucesivos en cada sistema. La
forma de medir el tiempo dependería del sistema en
cuestión y sólo sería innata a él.
Las otras medidas prácticas serán referenciales a
movimientos en un sistema de relojería. Obviamente
encontrar dos eventos
exactamente iguales que sólo se diferencien en su
posición es casi imposible, mientras más grande
sea, más lo será. La aleatoriedad parece no tener
una solución matemática, la misma que rige la
posición de partículas elementales.
La diferencia entre la marcha de relojes a diferentes
alturas de la tierra ha sido
comprobado experimentalmente; nos dice Hawking (1990):
[Una de las predicciones] de la relatividad general es
que el tiempo debería transcurrir más lentamente
cerca de un cuerpo de gran masa como la Tierra. (….) A
alguien situado arriba le parecería que todo lo que
pasara abajo, en la Tierra, transcurriría más
lentamente. Esta predicción fue comprobada en 1962,
usándose un par de relojes muy precisos instalados en la
parte superior e inferior de un depósito de agua. Se
encontró que el de abajo, que estaba más cerca de
la Tierra, iba más lento, de acuerdo exactamente con la
relatividad general. (p. 55)
El estudio del péndulo parecería
contradecir estas evidencias sobre el transcurso del tiempo. Un
péndulo que bate el segundo al nivel del mar, naturalmente
hará un ciclo tardío donde la fuerza de la
gravedad es menor. Aparentemente nos indicaría que el
tiempo transcurre más lento en dicho nivel gravitacional.
La ecuación matemática que nos deduce el
período del péndulo emplea como parámetros
la aceleración de la gravedad y la longitud, siendo
directamente proporcional a la longitud e inversamente
proporcional a la gravedad. Si uno de ellos varía, el
período cambia. Al diseñar un reloj de
péndulo tenemos que tener en cuenta esos dos
parámetros y condicionar el período a una unidad de
tiempo, en el caso más preciso dada por relojes
atómicos. Esto no quiere decir que si aumentamos la
longitud el tiempo transcurirrá más lento. El
período calculado para todo péndulo en cualquier
nivel gravitacional, será correcto, según relojes
situados en el mismo nivel gravitacional, y no exclusivamente
para relojes situados al nivel del mar. De lo anterior se
concluye que no es la variación de parámetros, en
este diseño,
lo que define el transcurso del tiempo.
Bajo mi principio: TIEMPO MOVIMIENTO, presentaré
el siguiente caso ideal:
Imaginemos cierto sistema conformado por un gran
elevador que encierra una mesa de billar y un jugador listos a
elevarse. Igualmente en el suelo yace otra
mesa idéntica. Sobre las mesas y a partir de un extremo,
los jugadores impulsan una bola al mismo tiempo y con igual
velocidad
inicial. Inmediatamente después el elevador empieza a
subir de modo que alcanza gran altura antes que las bolas lleguen
al otro extremo de las mesas. Cabe la pregunta, ¿Esperamos
que las bolas alcancen el extremo opuesto de las mesas en el
mismo instante de tiempo?; recordemos, el tiempo transcurre
más rápido a medida que se aleja de la tierra o lo
que es lo mismo decir, el tiempo se contrae. Siendo así,
la ley de la inercia
y el principio de conservación del momento se ven
afectados. La bola en el elevador tiene que "apurarse" para no
faltar a la ley, pues se le agota el tiempo. En consecuencia
llega primero al otro extremo y gana la carrera.
Paradójicamente si se hubiera medido el tiempo de
recorrido de la bola, los cronómetros tanto en el elevador
como el que mide alguien en el suelo,
indicarían igual tiempo, ya que el cronómetro del
elevador también hubiera sido afectado. Podemos observar
bajo estas circunstancias que no se aplica ninguna fuerza
adicional al móvil y que ocurre un ajuste de la velocidad
horizontal a la variación de la fuerza
gravitatoria.
Semejante análisis podríamos aplicar a la
velocidad que sigue un móvil en cualquier dirección. En particular, lo aplico a la
expansión universal, haciendo referencia previamente a
algunos descubrimientos. Fue I. Newton
quién aplicó por primera vez el concepto de
centro de masa que se adecuaba a su teoría
de gravitación universal al calcular la fuerza de
atracción entre la Tierra y la Luna. Al respecto Resnick y
Halliday dicen (1965):
Newton consideraba a cada partícula de la
Tierra como contribuyendo a la atracción gravitacional
que ella producía sobre otros cuerpos. La distancia y la
dirección de las partículas de la
Tierra a un objeto dado son diferentes para cada
partícula. Newton hizo
la hipótesis atrevida de que la Tierra
podía considerarse para tales fines como si toda su masa
estuviera concentrada en su centro. (p. 432)
Demostró su teoría luego de inventar el
Cálculo
hacia 1687.
Según la actual astronomía, el universo se
expande cada vez a mayor velocidad. Como señala Hawking
(1990):
… el hallazgo que Hubble publicó en 1929:
(…) cuanto más lejos está una galaxia, a mayor
velocidad se aleja de nosotros!. Esto significa que el universo
no puede estar estático como todo el mundo había
creído antes, sino que de hecho se está
expandiendo. La distancia entre las diferentes galaxias
está aumentando continuamente. (p. 64)
Resultado inmediato es la reciprocidad entre tiempo y
movimiento o cambio de estado, de ahí una
aplicación a la astronomía. La teoría del Big Bang
implica la expansión del universo, lo cual es observable
con el telescopio Hubble. Las galaxias se alejan entre sí
y el centro de masa del universo es cada vez más distante.
Si el tiempo es afectado al igual que si toda la masa universal
estuviera concentrada en un punto central y para que el principio
de conservación del momento, se cumpla, es necesario que
cada galaxia incremente la distancia que recorre por una cantidad
constante de tiempo medido en el centro del universo. En todo
caso podemos llegar a dos conclusiones igualmente válidas
y opuestas:
- Según la medida del tiempo en el centro
universal, el universo acelera su expansión, mediante
una "fuerza propulsiva" inherente a cada galaxia. - La expansión sigue un movimiento inercial que
se ajusta al nivel gravitacional en que se
encuentra.
Inicie este trabajo motivado por curiosidades sobre
experimentos
científicos como la comparación entre la marcha de
relojes de gran precisión a diferentes alturas de la
tierra o el proceso de
contar ciclos de oscilaciones atómicas como patrón
de un tiempo casi absoluto pero sin considerar sistemas aislados
o en estado de espera.
El caso ideal acerca de las mesas de billar es de mi
proposición y no es que se haya realizado una
experimentación parecida a menos que no estuviera
informado de ello. De verificarse y no cumplirse
estaríamos ante un caso especial de No conservación
del momento que merecería ser estudiado.
La suposición hecha por algunos investigadores
sobre la existencia de una fuerza antigravitacional que
sólo actúa a grandes distancias provocando la
repulsión entre galaxias me parece inconsistente.
Quizás se busque alguna semejanza con la fuerza de
repulsión entre protones después que la fuerza
fuerte que los mantiene unidos en el núcleo del átomo, es
vencida. Para mí, el fenómeno observado, es
consecuencia de una contracción del tiempo, proporcional a
la distancia del centro de masa del universo conocido; ¿no
les parece?.
Finalmente quiero aclarar que ésta es mi
interpretación y como tal, sujeta a correción o
inclusive a descarte.
Hawking S. W. (1990). Historia del tiempo. Del Big
Bang a los agujeros negros
(pp. 55,64) Barcelona:
Hurope, S.A.
Resnick R. & Halliday D. (1965). Fisica. Para
estudiantes de ciencias e
ingeniería
(pp. 30,432) México:
Cía. Editorial Continental, S.A.
Enviado por:
Marcos Cabanillas
CATEGORIA : FISICA