Los viajes en el tiempo ha sido uno de los sueños recurrentes en la ciencia ficción. Sin embargo, la física también se ha preocupado por estos viajes por varios motivos. Podríamos dar una larga lista de las razones por la que los físicos se han interesado en los viajes en el tiempo pero nos vamos a quedar con estas:
- Entender la posibilidad o imposibilidad de los viajes en el tiempo nos ayuda a entender la esencia el espaciotiempo.
- Comprender los límites en los que los viajes en el tiempo son físicamente posibles nos ayuda a delimitar nuestro conocimiento más íntimo sobre las leyes de la naturaleza que estamos empezando a vislumbrar.
No vamos a hablar en esta entrada de abuelos que sucumben ante la locura de nietos viajeros en el tiempo, ni libros copiados en el futuro y publicados en el pasado ni ninguna otra de las conocidas paradojas temporales. Nos limitaremos a exponer el tema y a proporcionar referencias para el disfrute de los lectores.
Las curvas temporales cerradas — El meollo de la cuestión
Cuando vemos espaciotemporalmente la evolución de un sistema podemos definir una curva denominada curva de mundo del sistema en cuestión:
En relatividad sabemos que hay una estructura que distingue los puntos que podemos afectar con una señal o que nos han podido afectar. Eso distingue futuro y pasado y la estructura es el cono de luz.
La superficie del cono está dada por las posibles trayectorias de partículas que se mueven a la velocidad de la luz en el vacío en el espaciotiempo. Nosotros estamos en el centro de nuestro cono de luz y los puntos a los que podemos afectar en el futuro son todos aquellos que están sobre la superficie del cono y los que están en el interior del cono. Análogamente para los puntos que han podido mandarnos señales desde el pasado.
También sabemos que nada puede superar la velocidad de la luz en el vacío. Eso en términos de diagramas espaciotemporales y líneas de mundo se traduce en el hecho de que las líneas de mundo aceptables son aquellas que están siempre en el interior del cono o sobre el cono, pero no podemos salir del mismo. A las líneas de mundo en el interior del cono se las denomina curvas temporales o de tipo tiempo (timelike, en inglés), a las líneas de mundo sobre el cono las denominamos curvas nulas o de tipo nulo o luz (lightlike, en inglés).
Por lo tanto, no podemos tener curvas temporales (dentro del cono de luz) cerradas en un mundo así:
¿Por qué? Por esto:
La curva verde, si es cerrada, necesariamente tiene que salir del cono de luz, es decir, ha tenido que viajar mucho más rápido que la luz en algún momento y eso está prohibido.
Si quieres más detalles sobre todo esto y sobre lo que sigue: Viajes en el tiempo.
Sin embargo, esta no es toda la historia. Cuando nos enfrentamos a la relatividad general encontramos que los conos de luz no tienen que estar todos orientados en la misma dirección, es decir, no hay una dirección de tiempo privilegiada. Así que nos podemos encontrar con este tipo de situaciones en un espaciotiempo de la relatividad general:
Que vemos que la curva en ningún momento se sale del cono en cuestión. Así que sería posible tener curvas cerradas de tipo tiempo en relatividad general.
Usualmente se pone el ejemplo de un agujero de gusano para dar casos en los que los viajes en el tiempo serían posibles:
Que solo es una forma de tantas de tener curvas temporales cerradas.
Si quieres ver un ejemplo de un espacio donde hay curvas temporales cerradas a partir del espacio plano de la relatividad especial, el espacio de Minkowski: ¡Enróllate Minkowski!
¿Visitamos a los dinosaurios?
Para visitar a los dinosaurios tenemos dos opciones, o los clonamos y hacemos un parque de atracciones, pero eso se sabe que acaba mal, o viajamos en el tiempo hasta la época en la que reinaban en este planeta.
Para conseguir eso solo hay que construir una máquina del tiempo. Una máquina del tiempo es un sistema que es capaz de crear curvas temporales cerradas, y aquí la palabra importante es crearlas. Antes no había y ahora hay, eso es lo que haría una máquina del tiempo.
Esta sin duda es una bonita idea y un sueño que todos querríamos cumplir. Quien dice época de dinosaurios, dice cualquier otra época. Tal vez la cosa no sea tan simple.
La física pone pegas
Tal vez no te hayas planteado una cuestión esencial en física y es que suponemos que nuestras leyes físicas son capaces de predecir como evolucionará un sistema sometido a las mismas una vez conocido un estado inicial. Si tú me das la posición y velocidad de un sistema y las fuerzas que actúan sobre él yo te podré decir dónde estará y con qué velocidad en cualquier instante de tiempo posterior. En cuántica las cosas no son tan directas pero el principio subyacente es el mismo. Dado un estado cuántico inicial y la ley de evolución podré decir cómo será el estado cuántico en cualquier otro instante de tiempo posterior.
Pues bien, eso que parece una cosa inherente a la física no lo es. En relatividad general no todos los espaciotiempos posibles permiten definir la evolución temporal del sistema de forma que pueda decir a qué estado final llegaré partiendo de uno inicial. Esto impone restricciones a los espaciotiempos posibles y al contenido de materia y energía en los mismos.
La cuestión a resolver es si un espaciotiempo en el que podemos predecir evoluciones físicas admite o no admite curvas de tipo tiempo cerradas creadas por una máquina del tiempo.
El tema está lejos de poder resolverse, hay teoremas y contrateoremas que aseguran una cosa y la contraria. Los detalles son muy técnicos y están enraizados en la propia esencia del espaciotiempo y la causalidad. Lo que parece estar claro es lo siguiente:
- La relatividad general no prohibe la existencia de curvas temporales cerradas.
- Existen soluciones a la relatividad general, como el universo de Gödel, que tienen curvas temporales cerradas. Sin embargo estos universos no acomodan a los datos cosmológicos actuales que seleccionan una familia de universos en los que no hay este tipo de curvas a priori.
- La relatividad general podría permitir la existencia de máquinas del tiempo pero restringe la posibilidad de viajar atrás en el tiempo hasta el momento en el que la máquina fue puesta en funcionamiento por primera vez.
TM es la máquina del tiempo. Dicha máquina solo podría crear regiones con curvas temporales cerradas en su futuro, región V de la figura. Así que no podemos ir más atrás del tiempo de primera puesta en marcha de la máquina.
Por lo tanto, no podemos decir que no sea posible viajar en el tiempo hacia el pasado, pero podemos decir que no viajaremos hasta la época de los dinosaurios en caso de ser posible.
En busca del teorema definitivo
Hay muchos resultados sobre la búsqueda de un teorema que impida la existencia de máquinas del tiempo. Dichos teoremas se fundamentan en los siguientes puntos:
- Asumen que la gravedad es atractiva.
- Para conseguir eso tenemos que asumir que los campos físicos tienen densidades de energía positiva. A esto se le conoce como condiciones débiles y fuertes de la energía.
- Se asume que la energía fluye siempre siguiendo curvas temporales. A esto se le conoce como condición dominante de la energía.
Sin embargo, estos resultados son puramente clásicos, no tienen en cuenta la cuántica para nada. Y hoy día sabemos que hay campos con densidades de energía negativas que generan gravedad repulsiva, por ejemplo la energía oscura que es la responsable de la expansión acelerada del universo. También hay propuestas de campos que violan la condición dominante de la energía como los campos de energía fantasma. Lo malo de dichos modelos es que permiten que haya propagación de la energía de dichos campos a velocidades superiores a la de la luz, pero modelos, haberlos, haylos.
Las propuestas de teoremas de inexistencia de las máquinas del tiempo se basan en máquinas construidas con campos y materia que verifican las condiciones de energía, que ya hay ejemplos de que no son sagradas en física, o que si se construyen darían lugar a singularidades, que son situaciones en las que las leyes de la física dejan de tener sentido.
Por ahora no podemos decantarnos ni por la existencia ni por la inexistencia de máquinas del tiempo de algún tipo. Solo podemos esperar a saber más de los campos físicos, a explorar más las teorías de gravedad cuántica y a engarzar todos esos conocimientos para dilucidar, de una vez por todas, este problema.
Las referencias necesarias
Las referencias que vamos a dar aquí son de un alto nivel técnico, pero es que el tema lo es, así que si estás interesado en la temática yo empezaría por aquí y por bucear por los artículos que citan dichas referencias.
Para empezar en este tema uno tiene que tener soltura con las curvas temporales cerradas y la referencia básica para ello es la de Thorne de 1993:
Para conocer el estado de la cuestión en todas sus vertientes, y eso implica que son artículos muy duros y que se recomienda la lectura del anterior, yo empezaría por estas referencias que se solapan mucho pero que hay que leer y entender:
Cuentos Cuánticos 
Quizá le interese a alguien saber que el tiempo puede ser descrito como una superficie en el espacio y como la mismísima base de todo lo que existe.
Así el tiempo es algo muy muy absoluto por muy muy relativo que pueda parecernos en ocasiones.
http://forzon.blogspot.com.es/
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No me gusta restar ilusión a estos temas que nos fascinan a todos pero lamentablemente viajar al pasado es imposible. Podemos ver el pasado, de hecho es lo único que vemos, pero no podemos dar marcha atrás a los sucesos, si acaso parcialmente.
El famoso cono de luz se refiere al límite espacio-temporal de los sucesos, los cuales ya han sucedido aunque en una determinada posición distante aún no les haya afectado. Si te desplazas en dirección a la causa efectivamente estas perdiendo tiempo, o visto de otro modo, te afectan con un intervalo de tiempo menor los sucesos de dicha causa. Si te alejas ocurre lo contrario como es lógico.
Sencillamente, si estamos en Marte y miramos con un telescopio la tierra veremos lo que esta sucediendo allí hace unos minutos. Si venimos a toda prisa hacía la tierra y grabamos a través de un telescopio lo que vemos, veremos las cosas a cámara rápida (cuanto más rápido nos acerquemos más a cámara rápida lo veremos) pero eso no quiere decir que nuestro tiempo este transcurriendo más despacio. Cuando estemos cerca de la tierra ya no veremos el pasado de hace unos minutos sino el pasado de hace unos segundos.
Por mucho que nos acerquemos a la tierra a toda pastilla no veremos el futuro, siempre estamos viendo el pasado; los sucesos ya han ocurrido no puede haber una acción sobre nuestra cámara si no ha ocurrido antes el suceso. Si tuviéramos la capacidad de viajar más rápido que la velocidad de la luz, y además dispusiéramos de un telescopio capaz de ver a 5 mil millones de años luz con una resolución de un metro sería cuestión de viajar a esa distancia en un prudencial tiempo para ver en acción a los dinosaurios en la tierra; pero lamentablemente nunca más podremos estar en la misma localización que ellos.
Por otra parte, interpretando un poco burdamente la relatividad especial podríamos llegar a decir que viajando a grandes velocidades el tiempo para los viajeros transcurre más lento y por lo tanto si hacen un viaje de ida y vuelta habrán viajado hacia el futuro. Se han extraído conclusiones de que esto es así debido a que los muones no deberían vivir tanto como para llegar hasta el nivel del mar pero me parece una conclusión un poco débil. ¿Existe algún otro experimento que no deje lugar a dudas al respecto?
La definición del espacio y el tiempo con reglas matemáticas, es una modelación para la observación de la realidad. Las cuatro dimensiones son solo un modelo a través del cual vemos la realidad, en ningún caso son la realidad.
Las cuatro dimensiones no son la realidad, pero como unicamente la traducimos mediante ese modelo se piensa que esa es la realidad.
Las unidades que usamos para medir también son parte del modelo, y las descripción de magnitudes físicas son una traducción del modelo no la realidad.
Para acercarse a contemplar la realidad en su naturaleza autentica, es necesario otros modelos para ampliar las formas conceptuales de observar.
Pero concebir otros modelos es un reto de una enorme creatividad.
Cuando se ha hablado de las curvas temporales cerradas lo primero que se me ha venido a la cabeza es el relato corto de Robert A. Heinlein «All You Zombies» y las paradojas que pueden permitir este tipo de viajes en el tiempo.
Saludos.
Con estudios de fisica y matemáticas de nivel de secundaria, carrera de letras, una motivación personal hace cinco años, la pérdida de mi mascota y ante la negativa del veterinario por considerar la inviabilidad de clonación, supuso el introducirme en la divulgación astrofísica y luego fisica para poder comprender el universo y encontrar una solución a una segunda oportunidad de encuentro con mi mascota. Literalmente me pase noches enteras haciendo triángulos de relatividad para los viajes en el tiempo. Supe de Eintein, del gran interés de Hawking por la cuestión del tiempo y medite mucho su conclusión de que algo impedía viajar al pasado, no pude comprender la utilización del láser para dar energía para viajar al pasado de Ronald Mallett y estas curvas cerradas que leo en esta entrada del admirado Enrique de Cc.
Bien, tengo muchas dificultades y me asalta la vieja duda de sí son curvas abiertas a modo de espiral uno de los límites para viajar al pasado, lo que pienso, a mi pesar satisface más el segundo principio de la termodinámica, es decir, la entropia y la flecha del tiempo para el macrocosmos. Es decir, una cuestión es viajar en el tiempo y otra el cambio de estado irreversible de la materia, por lo que pienso que no existe el pasado ni el futuro, sino el movimiento, el cambio, la interacción y sólo una medida relativa a quién lo observa o tiempo relativo:
-En el presente y en la misma coordenada de espacio.
-En la distancia o, lo que es lo mismo, el tiempo pasado para el observador de la información de los fotones y por tanto, no el soporte material sino la película o testimonio de lo que sucedió.
Otra cuestión es lo expresado desde la fisica cuantica de partículas donde la entropia funciona de otro modo que no voy a aludir porque desconozco totalmente. He oído hablar de entropia reversible pero sin duda es algo que atiendo a la divulgación que. Hacéis los físicos,
Nota: Para Enrique, no se dónde exponer un tema que no deja de dar vueltas en mi cabeza. Verás soy atea de la explicación de los agujeros negros por la radiación Hawking, porque vamos a ver, de una cantidad de materia pongamos mil veces la masa de nuestro sol, no puedo razonar como solución la radiación Hawking y el agujero negro se evapora; en cambio, me sugiere más la cuestión de sí,
En el agujero negro se produce el proceso de reversibilidad de la entropia y unificación y, voy a ser muy atrevida, unificación de fuerzas y conversión de la entropia de toda la materia que entra en Materia Oscura.
Y disculpa mi audacia pero de corregir audaces errores tengo entendido a veces ha sido buena fórmula de avanzar en ciencia.
Un último apunte que me llamo la atención de investigadores que resuelven la entropia añadiendo más desorden al caos. No se sí habéis tenido noticia.
Un saludo cordial de una fiel lectora y admiradora.
Llegáis tarde, hay un tipo que ya ha dilucidado como viajar en le tiempo:
http://www.quo.es/ciencia/viajar-en-el-tiempo-es-posible
Al parecer con unos lasers muy potentes generas un agujero de gusano o algo de eso entendí.
Hasta la fecha nadie ha demostrado que las teorías de Mallet funcionen, ni tan siquiera Mallet.
Yo creo que os funcionan las matemáticas pero no lo real. Debéis asumir las limitaciones de percepción y entendimiento obvias y evidentes de los humanos. Solo somos un animal que busca sobrevivir y reproducirse.
Hay algo que siempre me ha intrigado en el propio concepto del tiempo y es lo siguiente: ¿Por qué los humanos -y por lo que se ve todo bicho viviente- sólo percibimos el presente? Somos como la aguja de un tocadiscos, incapaz de revivir el pasado o recordar el futuro. ¿Qué explicación da la Física a este fenómeno, qué sistema de coordenadas sitúa al observador en el presente?
Off-topic: te recomiendo que escuches el (pen)último podcast de La Escóbula de la Brújula (Temporada 3 Programa 8: Contactos con lo Desconocido) con el fantabuloso Miguel Pedrero, no?. No tiene desperdicio. Frase maravillosa cogida al azar: «Hacen falta menos físicos y más filósofos, no?»
Yo creo que el tema de las paradojas tiene resolución al introducir el aspecto multidimensional de nuestro universo. Si pensamos en un multiverso, con dimensiones supernumerarias, podemos resolver ese tema. Además, yo no comparto ese argumento de Hawking sobre que no existen los viajes por el tiempo, por que ningún viajero nos ha contactado o visitado. Esa es una estupidez, no se trata de ello, si no de la posibilidad teórica y técnica para ello.
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Desconocía que la teoría general permitia lazoa emporales volviendo al punto de partida, después de viajar hacia el futuro. Esto supone la aparición de paradojas, ya que si he estado en el futuro y llego a conocerlo parece que al volver a mi pasado inicial podría modificar el futuro que he conocido yque estaría por llegar.
En cualquier caso siempre he considerado que si el tiempo es una dimensión más del mundo de 4 dimensiones, eso significa que al poderse viajar hacia el futuro, es que el futuro «ya está» del mismo modo que puedo viajar a NY porque existe. En este sentido y por extensión considero que el futuro «ya está» y por extensión, que el pasado «sigue existiendo», otra cosa es que podamos o no volver a él. En resumenel tiempo al ser una dimensión, está «todo entero» y con la teconología actual solo somos capaces de conocer el que nos corresponder a una velocidad casi nula respecto a la de la luz, esdecir sin saltos temporales.
¿Sabéis que viajar en el tiempo es imposible, no…??
Querría compartir una pequeña reflexión sobre el tiempo. Poder viajar hacia atrás en el tiempo implicaría que de alguna manera el pasado sigue existiendo.
Me explico: Imagínate un instante de tiempo t0 infinitesimalmente pequeño y la representamos con una cartulina de las que usan los niños para hacer (para simplificar supongamos que el universo sólo tiene dos dimensiones). En esa cartulina dibujamos galaxias, estrellas, planetas, etc y la marcamos como t0. Esa cartulina representa un instante de tiempo congelado.
A continuación dibujamos la cartulina t1 que representa un instante de tiempo infinitesimalmente pequeño un instante infinitesimalmente posterior. Esta cartulina será muy similar a la cartulina t0 pero todos los astros se han movido un poquito en función de las leyes de la naturaleza.
Aclaro que no se si el tiempo es continuo o discreto, es decir, no se si entre dos puntos de tiempo cualesquiera que estos sean existen infinitos puntos o por el contrario existe una unidad mínima indivisible. En cualquier caso para lo que voy a explicar es irrelevante.
La cuestión es: Cuando pasamos del instante t0 al instante t1 el universo crea el instante t1 y se guarda el instante t0 como si fuera una memoria de ordenador o el instante t0 es destruido.
La primera posibilidad, es que el cosmos va creando universos congelados (t0, t1, t2, t3, t4 …) y nosotros vamos saltando dentro de esos universos congelados. En este caso el universo sería como una inmensa memoria de ordenador que va guardando absolutamente todo (como los ordenadores transaccionales bancarios).
La segunda posibilidad sería que la cartulina t1 en realidad es la cartulina t0 con una pocas modificaciones. Viajar hacia atrás implicaría que habría que invertir todas las leyes de la naturaleza en todo el universo. Cambiar la atracción por repulsión, hacer que millones de personas «desmueran» para irse haciendo progresivamente más jóvenes hasta «desnacer». Y la pregunta en este caso sería «¿Son las leyes de la naturaleza tan simétricas como para que ocurra eso?», además, ¿Cuanta energía haría falta para invertir la marcha de todo el universo?. Esta segunda posibilidad la veo extremadamente improbable.
En cuanto a la primera posibilidad, sería necesario saber más del universo para estar en condiciones de saber si la cartulina t0 existe.
Muy buena entrada amigos. Sobre lo expuesto, expongo algunas cosas. Primero, además de lo señalado, tenemos un enorme problema a nivel de termodinámica y la entropía. Viajar atrás en el tiempo, implicaría pasar de un sistema desordenado a otro ordenado, lo cual iría en contra de lo que sabemos como leyes generales; otro punto interesante, es que quizás lo que podría incidir en la comprensión de ello, es lo que nos puede decir la teoría de cuerdas y las implicancia de un «multiverso» existente. Tal vez, cuando tengamos una teoría de gravedad cuántica, podríamos tener mayor certeza en la materia. Quiero entender que al Universo, no le gustan los viajes en el tiempo, aún cuando yo los anhele, o tal vez, el precio de ello sea muy alto para quiénes lo intenten.
Creo que nunca había comentado por aquí, porque te he «descubierto» hace poco, pero cuenta con un trastornado más entre tus lectores 😀
Enhorabuena por las entradas, por cierto.
Sobre ésta, yo disfruté mucho el «Time Travel in Einstein’s Universe: The Physical Possibilities of Travel Through Time», de J. Richard Gott.
Bienvenido 🙂
Y sí el libro de Gott es muy interesante, sobre todo en lo relativo a la discusión de las cuerdas cósmicas.
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Una pregunta «tonta» de un pequeño ignorante en el tema, algo que siempre he aceptado al leer estos temas, pero que nunca he «investigado»:
¿Porqué no se puede superar la velocidad de la luz? ¿Cual es la restricción? Si sabemos su valor «exacto», ¿quien o que hace o dice o ha demostrado que no se puede superar?
Gracias
La relatividad lo demostró, es un teorema. Para que un cuerpo con masa llegue a la velocidad de la luz hace falta una cantidad infinita de energía.
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