Espacio-tiempo

Espacio-tiempo.

Una de las más comunes preguntas al escuchar este término “espacio-tiempo” suele ser ¿por qué espacio tiempo?, ¿Por qué llamarle espacio y tiempo al universo?

Otra de las inquietudes que uno suele tener, al intentar entender la relatividad, y a su vez lo que uno ve en los videos o lo que comúnmente se explica, es ¿por qué Einstein habla de una tela espacial, si el universo no es plano?

Y una duda aun mayor, con la paradoja de los gemelos que envían a uno a viajar al 99% de la velocidad de la luz y otro que se queda en la tierra, una paradoja muy polémica, pero que nos deja con la intriga de; ¿por qué no envejece el de la nave? O ¿por qué no todo sigue igual?

Bueno las respuestas a estas inquietudes, se presentaran en este texto con una única limitación, por lo menos tener un bachillerato para poder entenderlo.

Vamos con la primera pregunta propuesta en el texto; ¿Por qué espacio tiempo?

Uno de los principales postulados de Einstein es que el tiempo ya no es algo absoluto es dependiente del marco de referencia que se esté tomando, por consiguiente el tiempo entra hacer una dimensión o una coordenada más de un marco de referencia, lo que quiere decir que Einstein nos propone 4 dimensiones, 3 espaciales que ya conocemos que son: alto, largó, y ancho y la propuesta por Einstein el tiempo, ósea que si vamos hablar de un evento o posición, no solamente debemos darle unas coordenadas (x,y,z) espaciales sino que debemos darle una más, que va a ser el tiempo en este caso la denotaremos t y ya tenemos un sistema de 4 coordenadas, un ejemplo de esto podría ser:

Tengo una cita con el Dr. Bohr en un determinado edificio, que se encuentra en la carrera 80 con calle 13, en el piso 3 y a las 16:00 horas, entonces ya tenemos un ejemplo de un evento que sucede en el espacio-tiempo, entonces acabamos de dar un ejemplo de una locación espacio-temporal, que satisface las condiciones de las cuatro dimensiones que son (t,x,y,z) dónde t= 16:00 horas , X= carrera 80, Y= calle 13 , Z= 3 piso. De esta misma manera suceden las cosas en nuestro universo, entonces cuando nosotros hablamos de una tela espacial, o de un plano cósmico, estamos haciendo una abstracción para poder explicar una posición en un sistema de 4 coordenadas de tal manera que en los videos no pueden dibujar una 4 dimensión que ni siquiera es espacial, la manera de abstraerla a nuestra realidad es mostrarla como un plano, pero debemos tener presente, que lo que indica estar sobre el plano es una posición en el espacio en el cual el objeto que se encuentre en esa posición va a tener unas coordenadas (t,x,y,z) determinadas, las cuales no solo indican su posición espacial sino también temporal, lo que implica que si en algún momento un objeto vuelve a encontrarse en la misma posición, no solamente vamos a decir que se encuentran en el mismo lugar espacial sino también en un mismo tiempo, es importante tener eso muy presente porque hay muchas dudas que sucede en los agujeros negros y algunas respuestas se tienen de ahí.

Entonces es claro decir espacio-tiempo siempre y cuando involucremos un coordenada t en el sistema, y cómo sabemos que el tiempo no es absoluto si no que depende del marco de referencia entonces todo lo que se situé en el espacio también va a tener esa coordenada t haciendo del tiempo una propiedad intrínseca de cualquier objeto situado en el universo.

Ahora teniendo claro el concepto anterior de lo que significa el espacio-tiempo, ya podemos pasar a explicar fenómenos como la famosa, “paradoja de los gemelos”, que consta de que dos gemelos de la tierra se prestan para un experimento, uno debe viajar a la estrella más cercana de nuestro sistema solar, la cual es alfa centaury el viaje se realizara a el 99% de la velocidad de la luz, el hermano se quedara en la tierra esperando el regreso de su hermano gemelo, vamos a denotar a el gemelo que viajara como F y el que se queda en la tierra cómo G. Al cabo de 8.4 años para F que tarda en ir y volver se encuentra con una sorpresa, su hermano tiene 19 años más que él, y este fenómeno tiene una explicación por medio de la teoría de la relatividad, para demostrar la diferencia de edad tenemos la ecuación de la dilatación del tiempo:

T=T_0/√(1-V^2⁄c^2 )

Dónde T_0es el tiempo que tardo el viajero F. T es el tiempo del marco de referencia exterior que en este caso es G. V^2 la velocidad del viajero al cuadrado. c^2 la velocidad de la luz al cuadrado.

Si ingresamos los datos que tenemos, cómo resultado obtenemos que el tiempo de G es 19.2, y entonces surgen las preguntas a partir de este resultado.

Con el concepto de espacio-tiempo se intentara explicar el fenómeno de la paradoja, lo primero que debemos tener presente son las ecuaciones de la relatividad que nacen a partir de las transformaciones de lorentz:

T=T_0/√(1-V^2⁄c^2 ) correspondiente a la contracción tiempo

Correspondiente a la contracción de la longitud

Ahora en base a estas dos ecuaciones si hacemos un despeje simple de ecuaciones en el caso de la primera ecuación, el tiempo propio (T_0) tenemos que la raíz pasa a multiplicar y si tenemos una raíz que multiplica vamos a tener un valor menor, lo que implica que a velocidades cercanas a de la luz el tiempo se hace contrae tiende a detenerse.

Y en el caso de la segunda ecuación la que nos describe la contracción de las longitudes si hacemos un despeje de la longitud propia L_0tenemos que la raíz pasa a dividir y sabemos que si un valor en el denominador es menor su cociente se hace mayor teniendo como conclusión que las distancias propias se alargan se dilatan.

Ahora si volvemos a explicar lo anteriormente propuesto, y ahora nos imaginamos la paradoja en el espacio-tiempo, y nos enfocamos en el caso de F que es el marco de referencia T_0 o L_0 y de lo deducido anteriormente de las ecuaciones tenemos que las distancias se van a estirar, o dilatar y esto implica de que el tiempo se acorte, debido a que si imaginamos nuestra tela espacio-temporal, sabemos que cada posición indica 4 coordenadas que entre más separadas estén, es como si se tardara más el tiempo se estira entonces lo que se va a recorrer va a ser menor, se va a explicar lo anterior gráficamente para tener una mayor compresión.

Pensemos que esta es una línea de tiempo en el espacio-tiempo, en un marco de referencia de la tierra, ahora vamos a ver qué sucede si un cuerpo en un marco de referencia externo se acelera al 99% de la velocidad de la luz.

Lo que se observa, es lo que describen las ecuaciones de la relatividad, obtenemos un estiramiento en las distancias y una reducción en los intervalos del tiempo, lo que quiere decir que un objeto viajando a la velocidad

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