¿Qué es el tiempo; cuánto dura el momento más breve; se puede observar?

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El tiempo, esa inexorable realidad en la que estamos atrapados y que, como plancton en la marea, nos arrastra incesantemente desde el más inocente amanecer hasta el más crudo ocaso. Sin embargo, sin él no podríamos existir. La energía que forman las moléculas de las que estamos compuestos existe en un período de tiempo, y ocupa un espacio definido.

Extraído del vídeo “The Frozen in Time Effect!

Sin ese tiempo que nos domina careceríamos de movimiento y de vida. Seríamos un mundo tridimensional estático y, asimismo, inerte. Un mundo sin tiempo podría ser algo similar a la fotografía adjunta: inmóvil para siempre dada la ausencia de una de las dimensiones (por supuesto, sin tiempo, no se habría podido llegar hasta ese punto ya que ni el universo hubiera podido existir, pero dejemos de lado esas consideraciones que harían este ejercicio imposible).

Como explicamos en nuestra historia sobre “qué es el espacio-tiempo,” el espacio y el tiempo están interconectados y, de hecho, deben considerarse como cuatro dimensiones de una misma realidad x, y, z y t (anchura, altura, profundidad y tiempo) en la que las dimensiones de un objeto afectan a su perspectiva de tiempo haciendo que éste transcurra más o menos lento. Puedes leer la entrada para ahondar en este concepto.

El efecto de un objeto sobre el tejido espacio-temporal es pequeño, y de hecho se han tenido que buscar los mayores fenómenos de la naturaleza para tratar de estudiar su perturbación sobre estas cuatro dimensiones. El tamaño de las ondas gravitacionales, que es como se han llamado a las mencionadas perturbaciones, producidas por la fusión de dos agujeros negros es de un tamaño muchas veces menor al de un protón. Este tamaño es prácticamente indescriptiblemente pequeño, pero nos trae una pregunta a la mente:

¿Qué es lo más pequeño que existe?

Los átomos están formados por protones, neutrones y electrones, y cada uno de éstos está formado por quarks. Adaptada de la imagen original: Universidad de Toronto

Esta pregunta se la han hecho los físicos desde hace mucho tiempo. Conforme se van fracturando moléculas más pequeñas (a base de violentas colisiones) descubrimos que están formadas por elementos cada vez más nimios. Los átomos están formados por protones, neutrones y electrones, y cada uno de éstos está formado por quarks. Hasta la fecha, no obstante, ha sido imposible concluir que los quarks estén compuestos de otros elementos (que si bien es posible, carecemos de pruebas para verificarlo). Entonces, si el quark es lo más pequeño que conocemos…

¿por qué no lo tomamos como medida y base para todo sistema métrico?

Explicado de manera muy sencilla, porque existe un modelo matemático basado en constantes universales que ya nos indica qué medidas tomar como base. Este conjunto de medidas se llaman unidades de Planck, propuestas en 1899 por el físico alemán Max Planck, y su razón de ser atiende a fenómenos que se ha demostrado son constantes en el universo, como la velocidad de la luz en el vacío, o la constante de gravitación universal. Cada una de estas cinco constantes se asocia con, al menos, una teoría física fundamental: c con la relatividad especial y el electromagnetismo, G con la relatividad general y la gravitación universal, ħ con la mecánica cuántica, ε0 con la electrostática y kB con la física estadística y la termodinámica.

Dicho de otra manera: si llegáramos a establecer contacto con una civilización alienígena (y de alguna manera les resultáramos lo suficientemente interesantes como para evitar que siguieran su curso por desinterés por la caótica y beligerante raza humana), la mejor comunicación que podríamos tener con ellos sería a través de unas matemáticas expresadas en unidades de Planck. Así como los metros, gramos y litros son una creación humana, incomprensible para nadie que no viva en el planeta Tierra, las unidades de Planck son constantes por definición.

¿Qué tiene esto que ver con el tiempo?

La principal consecuencia de las unidades de Planck es, precisamente, la idea de que exista algo que es, por definición, lo más pequeño. La longitud de Planck es la medida más corta que se puede calcular, y no existe mejora teórica conocida en los instrumentos de medición que pueda cambiar eso.

Como apuntábamos antes, si debiéramos ver las cuatro dimensiones en que vivimos como indistintas, ¿acaso no debería deducirse también que existe una medida de tiempo que sea la más breve, análoga a la longitud de Planck?

Si, y existe. Este instante de tiempo es el tiempo de Planck.

¿No resulta raro imaginar que el tiempo en que vivimos es divisible en momentos como si fueran fotogramas de una película? ¿Y no resulta sorprendente pensar que, de hecho, conocemos la velocidad de los fotogramas?

El tiempo, nuestra realidad, no es, pues, la línea continua de eventos que algunos creíamos, sino que está compuesto por pequeños trocitos que transcurren cada 10-43 segundos.

Nueva teoría de la duración mínima de tiempo

El paso del tiempo visto como finas láminas de instantes consecutivos. Fotograma extraído de “The Elegant Universe” de la PBS

Lo que es aún más sorprendente es que nuevos estudios realizados por Mir Faizal de la Universidad de Waterloo y la Universidad de Lethbridge en Canada, Mohammed M. Khalil de la Universidad de Alejandría en Egipto, y Saurya Das de la Universidad de Lethbridge, incluidos en su artículo titulado “Incertidumbre acerca de la duración mínima de los cristales de tiempo” publicado por The European Physical Journal, los intervalos fundamentales de tiempo podrían ser mayores que los asumidos hasta ahora. Es decir, que la duración más corta posible entre dos eventos no es 10-43 segundos, sino mayor. A modo de nota, se llaman cristales de tiempo a cada uno de los bloques temporales en que queda dividida la línea temporal; cada uno de los “fotogramas.”

¿Qué consecuencias tiene esto? Principalmente, tres.

  • La primera, que ahora podría ser posible medir empíricamente esta duración (de hecho, los investigadores explican en su artículo cómo podría realizarse un posible experimento). Hoy en día los experimentos realizados nunca han logrado medir un intervalo de tiempo menor de 10-17 segundos, pero ahora podría estar al alcance de nuestros sensores.
  • La segunda, que con este descubrimiento hay que reescribir las ecuaciones básicas de la mecánica cuántica y, al reescribirlas, esto tendrá un efecto directo sobre cómo quedan definidos todos los sistemas cuánticos ya que se construyen sobre cálculos, a partir de ahora, cuestionados.
  • La última, que a pesar de que ni la mecánica cuántica (el estudio de lo minúsculo) ni la relatividad especial (la teoría que explica lo mayúsculo) requieren de tiempo discreto, esta conclusión resulta útil para aquellas teorías que están tratando de aunar ambos campos, como la gravedad cuántica o la teoría de cuerdas, ya que ellas sí que requieren de una línea temporal dividida en pequeños instantes. Estas teorías están tratando de proveer al mundo de una teoría única que explique por completo la realidad en que vivimos.

En un tono más filosófico, el hecho de que el paso del tiempo sea discreto (suceda en instantes brevísimos) implica que nuestra percepción del tiempo como algo que fluye constantemente no es más que una ilusión. “El universo físico realmente es como una película, donde una serie de imágenes estáticas son proyectadas en una pantalla creando la ilusión de imágenes en movimiento,” apuntó Faizal. “Así pues, si este punto de vista es considerado seriamente, entonces nuestra consciencia de la realidad basada en un movimiento continuo se transforma en una ilusión producida por una subyacente estructura matemática discreta.”

“Este planteamiento crea una realidad física platónica por naturaleza,” añadió, aludiendo al pasaje de Platón que muestra la realidad verdadera como independiente de nuestros sentidos. “No obstante, a diferencia de otras teorías de idealismo platónico, nuestro planteamiento puede ser probado de manera experimental y no simplemente discutido de manera filosófica.”

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2017-02-12T17:33:44+00:00