Por qué envejecemos más despacio en un avión (y otros extraños efectos de la relatividad)
Chris Lintott - Astrofísico británico | Miércoles 22 noviembre, 2023
Uno de mis experimentos científicos favoritos consistió en volar cuatro relojes por el mundo en dos ocasiones.
En 1971, los físicos Joseph Hafele y Richard Keating tomaron cuatro relojes atómicos, capaces de no perder más de un segundo cada 30 millones de años, en un vuelo comercial que primero viajaba hacia el oeste y luego hacia el este alrededor del mundo antes de regresar a su laboratorio en Washington DC.
Luego compararon los tiempos de sus relojes viajeros con una serie de relojes que se quedaron en tierra.
Para su sorpresa, los relojes no coincidían: el acto de viajar había alterado significativamente el paso del tiempo.
El experimento era una prueba de un principio capital de la teoría de la relatividad de Albert Einstein en que el tiempo no es universal.
Cuanto más rápido te mueves, más lento pasa el tiempo para ti.
El efecto es pequeño. Toma un vuelo trasatlántico de Londres an Nueva York y tu reloj estará una diezmillonésima de segundo detrás de uno que quede en tierra.
Sin embargo, habrás envejecido una fracción más despacio que de haberte quedado en casa. Y los relojes de Hafele y Keating podían medirlo.
¿Y cómo transcurre el tiempo lejos de la Tierra?
Otra predicción de la relatividad dice que la gravedad también influye. Alejáte de la fuerza gravitacional de la Tierra y el tiempo se acelerará.
Esto afecta nuestros propios cuerpos: implica que tu cabeza será levemente más vieja que tus pies.
Una vez más, el efecto es increíblemente pequeño, pero a mayores distancias de la Tierra se vuelve relevante.
El sistema de GPS del que todos dependemos para navegar, cuyos satélites gravitan a 20.000 km sobre la Tierra, necesita tomar esto en cuenta para funcionar correctamente.
A pesar de este fenómeno, la Tierra, al final, es un planeta chiquito en un universo enorme.
Alrededor de los agujeros negros, objetos masivos cuya fuerza gravitacional atrofia cualquier planeta, estos efectos relativistas se vuelven mucho más pronunciados.
¿Y desde un agujero negro?
Para entender por qué, imagina caer hacia un agujero negro. (Asumamos que viajas en una nave mágica que te protege del efecto de "espaguetización", el estiramiento terminal que le sucede a cualquier objeto que se acerque demasiado a un agujero negro).
Mientras caes, no notarías ninguna diferencia temporal en ti o tus alrededores.
Al mirar el reloj o tomarte el pulso, se percibe el mismo latido constante a medida que, segundo tras segundo, se acerca la perdición.
Pero si los instrumentos de tu nave te permiten mirar hacia el universo fuera del agujero negro, quizás notarías algo raro: te parecerá que los sucesos fuera se aceleran.
Si pudieras ver la Tierra a través de un telescopio, verías el futuro de nuestro planeta y especies reproducirse para tu disfrute, moviéndose como en una película acelerada.
Si pudieras captar una señal de televisión, entonces podrías ver el resto de las transmisiones de la humanidad hasta que la evolución del Sol hacia una gigante roja se trague el planeta, aunque a gran velocidad.
Ahora cambia de perspectiva. Imagina que estás en una estación espacial orbitando a una distancia segura del agujero negro, mirando a tu valiente o desafortunado colega caer en él.
El borde del agujero negro, como lo ves, es el horizonte de eventos, el punto en el que incluso las cosas que viajan a la velocidad de la luz no pueden escapar. Parece razonable esperar que nuestro amigo, una vez alcanzado este punto, desaparezca.
Lo que realmente verías sería algo muy raro. Si nos están saludando, verás que mueven la mano cada vez más despacio mientras se adentran en el pozo gravitacional del agujero negro.
Un reloj montado fuera de la nave parecerá correr más lento en comparación al instalado en nuestra estación.
Este fenómeno se explora en la película Interstellar, en la que astronautas que han explorado un planeta cerca de un agujero negro emergen y descubren que el Universo ha pasado página sin ellos.
Como deja claro la película, no tiene sentido preguntarse si el tiempo que pasa cerca o lejos del agujero negro es el tiempo "correcto". La relatividad nos dice que no existe tal cosa.
Aunque nunca veremos esto desde fuera, nuesro malogrado pasajero cruzará en algún momento el horizonte de eventos, el confín del que ni siquiera la luz puede escapar.
Este es el punto de no retorno, y más alla de él, nuestro viajero será empujado hacia el centro del agujero negro. Esto significa que su experiencia del tiempo podría cambiar fundamentalmente y puede que hasta sea capaz de viajar hacia atrás y hacia adelante en el tiempo.
Los misterios del tiempo
¿Por qué? En nuestras vidas ordinarias, suficientemente lejos de un agujero negro, podemos movernos como queramos en las tres dimensiones del espacio, pero viajamos sin descanso en la cuarta dimensión: el tiempo.
Sin embargo, dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro, las cosas suceden al revés. Dentro, un astronauta se vería obligado a viajar sin cesar en el espacio –hacia el centro del agujero negro–, lo que significa que algunas personas creerían que puede moverse en el tiempo.
En este sentido, un agujero negro puede actuar como una máquina del tiempo, permitiendo a cualquiera lo suficientemente valiente como para entrar viajar a tiempos anteriores a cruzar el horizonte de sucesos, tan atrás como la creación del propio agujero negro.
La trampa está en que, hasta donde sabemos, no hay forma de escapar de un agujero negro, así que ningún viajero del futuro puede usar este truco para regresar y visitarnos en la Tierra.
Pero comprendiendo lo que es posible y pensando sobre cómo los agujeros negros deforman el espacio-tiempo a su alrededor, puede darles más pruebas precisas a los físicos sobre las teorías de Einstein.
Esto puede llevar a una comprensión más profunda de qué es exactamente esta cosa que llamamos tiempo. Es mejor que volar alrededor del mundo con un reloj atómico sujeto en el asiento de al lado.
Chris Lintott es profesor de astrofísica en la Universidad de Oxford.
Este artículo fue publicado en inglés en BBC Future. Puedes consultar el original en este enlace.
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