El Espacio-Tiempo antes de Einstein

Por Alfonso Araujo, el 7 marzo, 2020. Categoría(s): Divulgación • Física • Historia • Personajes

Lo que llamamos “Espacio-Tiempo” es nuestra forma moderna de entender la realidad del universo, en el que las tres dimensiones espaciales y la dimensión temporal se funden en una sola cosa. Formalmente, es un modelo matemático que no distingue entre las cuatro dimensiones y aquí Daniel Hazeldine lo describe de forma accesible y poética.

El Espacio-Tiempo es un concepto muy reciente y sigue siendo poco intuitivo. Desde los pensadores más antiguos hemos siempre asumido que el espacio es una cosa, y el tiempo es una de naturaleza distinta, pero todo eso cambió a principios del siglo 20.

Ahora bien, el fusionar espacio y tiempo en una sola entidad cambió nuestra forma de comprender la realidad, pero típicamente no fue un descubrimiento súbito: durante años, la acumulación de experimentos, nuevas herramientas matemáticas y observaciones no explicables bajo los modelos antiguos, confluyeron en un periodo de tan sólo una década para dar forma a esta nueva idea.

Nuestra historia convencional incluye cuatro nombres que “crearon el Espacio-Tiempo”, pero desde luego que hay más que eso. Estos son los pensadores que normalmente mencionamos, en una reseña extremadamente condensada:

Desde 1850 empezaron realizarse experimentos para medir la velocidad de la luz, cuando se aceptaba la teoría de un medio universal de transmisión, llamado “éter”. El famoso experimento de Michelson-Morley de 1887 puso en aprietos ese concepto, pues las observaciones eran difíciles de explicar con él.

Hendrik Lorentz pensaba que los cuerpos se deforman con el éter, y en 1904 propuso un sistema de ecuaciones, las Transformadas de Lorentz, que permiten cambiar el marco de referencia de dos sistemas que viajan a diferentes velocidades. Estas ecuaciones predicen un “tiempo local” que para Lorentz era un concepto abstracto que explicaba las deformaciones.

Henri Poincaré vio las ecuaciones de Lorentz pero propuso la intrigante idea de que “el concepto de Simultaneidad es una convención”, interpretando ese “tiempo local” como algo literal. El mismo año 1904 propuso el espacio-tiempo como formalismo matemático.

Albert Einstein publica en 1905 su artículo sobre Relatividad Especial, donde a partir de su famoso experimento mental de dos relojes moviéndose a grandes velocidades, deduce la indivisibilidad entre espacio y tiempo.

Hermann Minkowski hace una conceptualización geométrica formal del espacio-tiempo en 1907.

Esto es una sobre simplificación, desde luego, y hubo una gran cantidad de físicos y matemáticos trabajando por lo menos desde 1892 tanto en la parte experimental como matemático-conceptual que desembocó en la formalización del concepto en 1905.

Pero hay un ejemplo muy interesante y muy temprano de la conceptualización de espacio-tiempo como esencia indivisible. Este texto es de 1895:

Cualquier cuerpo debe tener extensión en cuatro direcciones: longitud, amplitud, profundidad —y Duración. Pero debido a una natural flaqueza que explicaré en unos momentos, tendemos a ignorar este hecho. En realidad existen cuatro dimensiones, a tres de las cuales conocemos como los tres planos del Espacio, y una cuarta, que es el Tiempo. Sin embargo, tendemos a hacer una distinción irreal entre las tres primeras y la cuarta, y la razón es que nuestra conciencia se mueve de forma intermitente en una dirección a lo largo de ella, desde el principio hasta el final de nuestras vidas.

Es sorprendente que esto generalmente se pase por alto… de hecho a esto nos debemos referir al hablar de la Cuarta Dimensión… la Cuarta Dimensión es sólo otra forma de hablar del Tiempo. No hay ninguna diferencia entre el Tiempo y las tres dimensiones del Espacio, salvo que nuestra conciencia se mueve a lo largo de él.

Me place compartirles que he estado trabajando por algún tiempo en esta geometría de Cuatro Dimensiones y algunos de mis resultados son muy curiosos. Por ejemplo: aquí está el retrato de un hombre a la edad de ocho años; este otro es de él mismo a los quince, otro a los diecisiete, otro a los veintitrés, y más. Evidentemente, todas estas imágenes no son sino secciones: representaciones tridimensionales de su ser cuadri-dimensional, que es un ente fijo e inalterable.

La explicación dice sin ambigüedades que el espacio y el tiempo son dimensiones indiferenciadas; es tan clara que parece un guión de Carl Sagan para su serie COSMOS. Y sin embargo esa exposición la hace el personaje “El Viajero del Tiempo”, en la novela La Máquina del Tiempo, de H.G. Wells, diez años antes de que fuera interpretada de esa forma en la física moderna.

Wells no escribió eso por azar; era un entusiasta de la ciencia de avanzada y él mismo, por boca de su personaje, menciona haber asistido a una conferencia de Simon Newcomb, famoso científico de su época, que hizo trabajo importante en la velocidad de la luz y sus primeras mediciones (1880) arrojaron datos más exactos que los de Michelson.

Las ideas que flotan en ciertas épocas son caldo de cultivo no sólo para quienes se dedican a la ciencia, sino para una comunidad mucho más extensa, como los escritores de ciencia ficción, que generan nuevas ideas y a veces adelantan no sólo tecnologías sino conceptos.



Por Alfonso Araujo, publicado el 7 marzo, 2020
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