Acerca de conceptos del Universo #1: Espacio-tiempo

En esta serie de post vamos a hablar de la ideas que tenemos sobre el universo. Para ello vamos a abordar temas bastante intrincados, pero lo vamos a hacer de la manera más sencilla posible, así querido lector no se asuste de entrada. En esta ocasión vamos a hacer frente a una idea bastante común, la expansión del universo. Ahora, si el espacio está en expansión, el tiempo debe estarlo también. A primera vista, esto parece bastante razonable, o ¿no? Después de todo, la relatividad general describe la evolución del espacio-tiempo. La pregunta es:  ¿por qué uno está en expansión, mientras que el otro permanece constante?

Analogía bidimensional de la distorsión del espacio-tiempo debido a una gran masa. Fuente: wikipedia

La respuesta es por la forma en que definimos nuestras coordenadas. Veamos una simple ecuación para terminar de entender esto:

No es más que lo que ven, la definición de la velocidad y es una de las ecuaciones más importantes imaginables en cuanto a la física, y especialmente en lo que se refiere a la relatividad. La razón es que no importa dónde o cuándo, siempre y cuando tengas una buena regla (regla en el sentido de patrón de medida) y un buen cronómetro,  nunca medirá una velocidad mayor que la velocidad de la luz:

Si tuvieran de repente y al mismo tiempo dos reglas y dejan correr el cronómetro, notarán que el tiempo será el doble de la lectura normal (con una regla), ustedes no notarán ninguna diferencia, por lo menos en cuanto a mediciones de velocidad se refiere.

Cono de luz. Fuente: wikipedia

Por ejemplo, una tortuga que viajan 2m en 10 segundos, viajaría 4m (de acuerdo con la regla adicional) en 20 segundos (según el cronómetro). La relación sigue siendo la misma.

El punto es que en la distancia y el tiempo son intercambiables de muchas maneras. La definición de un metro, por ejemplo, es la distancia que la luz puede viajar en 3,33564 nanosegundos. En otras palabras, no hay nada mágico en nuestras unidades, excepto que la relación de la distancia y el tiempo (la velocidad) tiene un tope que es la velocidad de la luz.

Una medida que la mayoría de los cosmólogos usa, es la llamada «tiempo propio.» Imaginemos que tenemos una pieza de relojería perfecta que comenzó a funcionar justo en el principio de todo, el mismísimo big bang. El tiempo que leeremos ahora es la lectura de la edad adecuada del universo. Es la medida del tiempo que tiene más sentido.

Podría, sin embargo, hacer un reloj que corre en «coordenadas comóviles.» Este tendría la propiedad extraña que a medida que el universo se expanda, marcaría más rápido. La mayoría de los cosmólogos no encuentra este concepto tan útil.

Así que la respuesta corta es que: el tiempo no varía porque estamos básicamente libres de fijar el tiempo o el espacio, ya que todo lo que nos interesa (en sentido físico) es su relación. Sin embargo no podemos fijar ambos, solo uno en relación al otro, como es el caso del metro patrón.

La expansión del espacio es realmente relevante en las escalas de millones de años luz  de distancia -distancia dentro de una galaxia, por ejemplo, están determinadas por el campo gravitatorio local- pero el tiempo se puede medir a nivel local, incluso en sistemas tan pequeños como las desintegración radiactiva de los átomos.

Como resultado, simplemente resulta que es más conveniente la fijación del tiempo que el espacio. Recordemos que la ciencia trata siempre de simplificar las cosas. Como lo demuestran las leyes que deben ser universales y lo más sencillas posibles, para ser aceptadas.