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Ciencia EXtrema

Desde la atalaya tranquila de nuestro planeta templado y acogedor, José María Campos Cánovas y Daniel Iván Reyes nos invitan a un viaje fascinante. En su compañía observaremos los fenómenos más extraordinarios del Cosmos: visitaremos las estrellas más masivas, los cuerpos más veloces, los lugares más fríos o calientes y los mundos más extraordinarios y diminutos. Ante nuestros frágiles ojos se abre un Universo que bate todos los récords.

Breve Historia del Tiempo…en 80 días.

Breve historia del Tiempo en 80 días - Ciencia Extrema podcast - CienciaEs.com

Solemos desenvolvernos en nuestro ambiente diario sin entender casi nada acerca del mundo y su naturaleza. Dedicamos poco tiempo a pensar en el mecanismo que genera la luz solar que hace posible la vida, en la gravedad que nos ata a la Tierra o en los átomos de los que estamos constituidos y de cuya estabilidad dependemos de manera fundamental. Pocos de nosotros dedicamos tiempo a preguntarnos por qué la naturaleza es de la forma que es.

En algunos capítulos anteriores de ciencia extrema hemos abordado ya algunos de estos temas y hoy quiero adentrarme, en otro más de ellos: El tiempo.

Y para comenzar, quiero citar unos breves párrafos de una novela escrita en 1895 por H.G. Wells, denominada “La máquina del tiempo”:
-Deben ustedes seguirme con atención. Tendré que discutir una o dos ideas que están casi universalmente admitidas y son erróneas.
Un cubo, que sólo posea longitud, anchura y espesor, no puede tener existencia real.
Eso lo impugno -dijo Filby. Por supuesto que un cuerpo sólido puede existir.
-Eso cree la mayoría de la gente. Pero espere un momento, ¿puede un cubo instantáneo existir?
-No le entiendo.
-Hablo de un cubo que no permanezca durante algún tiempo ¿puede tener existencia real? Mire usted, – todo cuerpo real debe extenderse en cuatro direcciones: debe tener Longitud, Anchura, Espesor y Duración. Existen en realidad cuatro dimensiones, tres a las que llamamos los tres planos del Espacio, y una cuarta, el Tiempo.

Al menos 10 años antes de los trabajos de Einstein ya se hablaba de que el universo está formado por 4 dimensiones, el escritor H.G Wells ya acariciaba esta idea y la explotaba para entretener a los lectores con una novela sobre un viaje en el tiempo.

Y es que efectivamente, vivimos en 4 dimensiones, en un tejido llamado espacio-tiempo, en el cual realizamos todas nuestras actividades. Para entender mejor esto y lo que los personajes de Wells tratan de decirnos, hagamos un ejercicio. Pida a alguien que esté cerca de usted, que le lance algún objeto e intente atraparlo con sus manos. Su cerebro, en cuanto reciba información del objeto que le han lanzado, de inmediato trazará las coordenadas para determinar su ubicación. Usted podrá atraparlo, porque su cerebro determinará la ubicación del objeto en movimiento, calculará la trayectoria y velocidad y con ello determinará el momento y lugar justo dónde debe poner la mano para atraparlo. Note que su cerebro calculará el tiempo en que llegara el objeto hasta usted. Su cerebro puede calcular con cierta precisión el espacio y tiempo. Es así como, interpreta nuestro entorno, con sus tres dimensiones espaciales y una temporal para hacer algo tan aparentemente simple como atrapar un objeto con la mano.

Así es, llamamos tiempo a la magnitud o medida con la que calculamos la duración o separación entre acontecimientos. Desde épocas remotas nos hemos esforzado por medirlo y en el pasado, las personas solían hablar de reunirse al amanecer o al medio día o al atardecer. Vagos intentos de coordinación de actividades en el tiempo basados en la posición del sol. Hoy en día, hemos pasado de usar estrellas como relojes a emplear átomos. Hemos migrado de lo macro a lo micro. Cada tic de un reloj convencional, marca un segundo. Pero hoy en día los relojes más precisos miden ciertos movimientos de un átomo de Cesio para determinar a un segundo (El Cesio es el elemento químico #55 de la tabla periódica).

Recuerde que el tiempo, es la medida con la que calculamos la separación entre acontecimientos y en este caso, hablamos de poco más de 9,000 millones de oscilaciones de dicho átomo para definir a un segundo (s= 9,192,631,730). Tanta precisión, puede parecer obsesiva pero las necesidades tecnológicas de hoy en día demandan de esa exactitud, para poder brindar servicios como el sistema de posicionamiento global que, de no contar con relojes tan precisos como los atómicos, darían resultados equivocados de geolocalización. Es por ello que se precisan relojes tan exactos, que, en este caso, sólo se retrasará 1 segundo, en el transcurso de 30 mil años. Así de confiable es un reloj atómico. Pero este dato no es lo más sorprendente del tiempo, sino ciertos fenómenos relacionados con el.

Julio Verne, en el siglo XVIII, ya jugaba con estos fenómenos del tiempo y lo plasmó en su famosa novela “La vuelta al mundo en 80 días”, en la cual, Phileas Fogg, su protagonista, emprende un viaje alrededor del mundo apostando toda su fortuna en demostrar que puede hacerlo en 80 días o menos.
Partiendo desde Londres, el protagonista viaja hasta Japón, de ahí toma un barco hasta América, atraviesa el continente y de nuevo toma un barco para cruzar el océano atlántico hacia Inglaterra. Tras 80 días perfectamente contabilizados y diversos inconvenientes, transcurren sus 80 días lo cual implica que ha perdido la apuesta. No obstante, a la mañana siguiente de haber terminado el plazo, descubre que, en Londres, sólo han transcurrido 79 días y que tiene tiempo de sobra para cumplir la apuesta, ¿Cómo es esto posible?

Esta es la explicación:
Phileas Fogg, sin sospecharlo, había ganado un día en su itinerario; y esto porque había dado la vuelta al mundo yendo hacia Oriente (en el caso inverso, viajando al occidente lo hubiera perdido). En efecto, marchando hacia Oriente, Phileas Fogg iba al encuentro del sol, y por consiguiente, los días disminuían 4 minutos para él tantas veces como grados recorría. Hay 360 grados en la circunferencia de la tierra, los cuales, multiplicados por cuatro minutos, dan precisamente veinticuatro horas, es decir, un día inconscientemente ganado. En otros términos: mientras que Phileas Fogg, marchando hacia Oriente, vio el sol pasar ochenta veces por zenith, sus colegas de Londres no lo habían visto más que setenta y nueve. Por eso aquel mismo día, que era sábado, y no domingo, como lo creía Mr. Fogg, lo esperaban los de la apuesta en el salón del Reform¬ Club. Y esto es lo que su reloj de Picaporte, que siempre había conservado la hora de Londres, hubiera acusado, si al mismo tiempo que las horas y minutos hubiese marcado también los días.

Ahora bien, este curioso fenómeno es sólo un juego comparado con otras características del tiempo aún más sorprendentes. Características no tan lógicas e intuitivas, que generan fenómenos extraños que son precisamente quienes le confieren al tiempo, su NATURALEZA EXTREMA.
Resulta que el tiempo no es absoluto. Es decir, el tiempo puede variar. Un segundo en la tierra, es diferente a un segundo en un avión. El tiempo puede dilatarse por la velocidad con la que un cuerpo se mueve o por la gravedad a la que está expuesta.

Hablemos primero de la dilatación del tiempo por acción de la gravedad ya que suele ser la menos conocida.

Cuando se está más cerca de un campo gravitacional (como el planeta Tierra), este deforma el espacio, pero también el tiempo. Así que el tejido espacio-tiempo es afectado por la gravedad, y por ello, el tiempo transcurre más lento mientras más cerca del campo se encuentre el observador.

Esto se ha demostrado observando, aquí en la tierra, que dos relojes atómicos a diferentes altitudes y, por lo tanto, a diferentes intensidades de la fuerza de gravedad, muestran tiempos diferentes.
Mientras más cerca esté del centro de la tierra, usted se verá más afectado por la gravedad y por lo tanto el tiempo transcurrirá más lento; por el contrario, si usted se encuentra más lejos del centro de la tierra, el efecto de la gravedad será menor en usted, acelerando el tiempo. Así que el tiempo transcurre más lento en la planta baja de una casa, que el segundo piso, y transcurre más lento a nivel del mar que en una zona montañosa a 2 o 3 kilómetros de altitud. Claro que, con esas diferencias de altura, la variación del tiempo es tan sólo de ínfimas fracciones de segundo, pero en una nave espacial ya podría comenzar a ser significativa.

Y lo mismo sucede con la velocidad. El tiempo se dilata también por velocidad. Entre más rápido se mueve un cuerpo, más lento transcurre el tiempo.

Siguiendo el mismo ejemplo de la novela de Julio Verne, La vuelta al mundo en 80 días, existe un fenómeno adicional del tiempo, en el cual se demostró que dos relojes atómicos, perfectamente sincronizados y que volaban en un avión con dirección, el uno al este y otro al oeste, mostraron variaciones en la hora, debido a relatividad del tiempo causada por la aceleración centrípeta inducida por la rotación de la tierra. Uno reloj se aceleró y el otro se retrasó. Lo que significa que el tiempo transcurrió a diferentes velocidades en uno y otro reloj por las fuerzas que los afectaban o favorecían.

De nuevo, en un experimento en el que se emplearon dos relojes atómicos, uno en la tierra y otro en un avión de alta velocidad, pudo comprobarse de nuevo la dilatación del tiempo, esta vez por efecto de la velocidad. Es tan significativa esta variación que un tripulante en una nave que viaje unos 4 años a una velocidad cercana a la de la luz, descubrirá que, aunque para él solo transcurrieron 4 años, para el resto de los humanos que nos quedamos en la tierra, habrán transcurrido varias décadas. Así de significativa es la dilatación del tiempo.

Esto me lleva a pensar que un habitante de la estación internacional espacial, que está más lejos del centro de la tierra y que se mueve a poco más de 7 kilómetros por segundo (mucho más rápido que una bala), envejecerá más despacio que nosotros, pues el tiempo transcurre más lento para él que para nosotros.

Es por ello que, a mí, el hecho de que el tiempo sea relativo y se traduzca en estos impresionantes fenómenos naturales, me parece NATURALEZA EXTREMA, ¿A usted también le parece?


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