La idea de los viajes en el tiempo parece habitar sólo en la ciencia ficción, pero nada más lejos de la realidad. Actualmente, y desde el nacimiento de la Relatividad General, hay un gran número de célebres científicos que estudian la posibilidad de estos viajes y tratan de construir sus propias máquinas del tiempo. Porque, aunque no os lo creáis, la ciencia sí que permite los viajes en el tiempo. ¡Vamos a verlo!
Para empezar, tendríamos que describir qué es exactamente viajar en el tiempo. Hay dos tipos de viajes en el tiempo: al futuro y al pasado. El primero consistiría en conseguir que tu tiempo transcurra más lentamente que el tiempo de los demás. Es decir, que mientras que para ti pasa un segundo, para los demás pasen 10 años, por ejemplo. El segundo consiste en, mientras sigues avanzando hacia tu futuro, llegar a un punto del pasado.
Dicho de otra forma, para viajar al futuro tenemos que perseguir lo más rápido que podamos un rayo de luz, mientras que para viajar al pasado tenemos que ser capaces de adelantarlo.
Viajar al futuro implica perseguir la luz y viajar al pasado implica adelantarla
Comencemos con los viajes al futuro. La relatividad especial nos dice que cuanto más rápido nos movemos, más lento va nuestro reloj, o lo que es lo mismo, más rápido va el reloj de los que están quietos respecto a nosotros. Por tanto viajar al futuro es fácil, sólo hay que intentar ir cada vez más rápido. ¿Hasta cuánto más rápido? Pues, como máximo, a la velocidad de la luz. Esto quiere decir que cada vez que pasamos corriendo por delante de alguien sentado en un banco o que nos montamos en un avión estaríamos viajando al futuro respecto a la persona en el banco o en el aeropuerto, pero como la diferencia de velocidad es tan pequeña, ese efecto del viaje al futuro es totalmente inapreciable.
Hay innumerables experimentos realizados que demuestran que cualquier tipo de movimiento ralentiza el reloj que se mueve. Por ejemplo, en 1960 un reloj atómico fue acelerado hasta 66000 veces la aceleración de la gravedad en la Tierra, colocándolo en un disco giratorio. Se comprobó al terminar el experimento que el reloj atrasaba exactamente la cantidad que predecía la relatividad especial. En otra ocasión se envió un reloj atómico a viajar alrededor del mundo en avión, mientras otro reloj idéntico se quedaba en tierra. Al compararlos tras el viaje, el reloj volador se había atrasado un nanosegundo.
Para viajar al futuro sólo hay que alcanzar velocidades cercanas a las de la luz
Bien, entonces viajar al futuro no supone ningún problema físico. Simplemente tenemos que conseguir motores capaz de alcanzar velocidades cercanas a las de la luz. ¿Pasarías un año en una nave espacial para, una vez vuelvas a la Tierra, ver que has viajado al futuro dos días? Eso es lo que ocurriría si la nave viajase al 10% de la velocidad de la luz, llegarías y según tus cálculos debería ser 1 de Enero, pero es 3 de Enero. Bueno, no parece muy emocionante. Sin embargo, si alcanzamos el 99% de la velocidad de la luz, por cada año del viajero habrían pasado 7 en la Tierra; al 99.99% un año en la nave serían 70 años en la Tierra; y al 99.999% un año de viaje serían 223 años en la Tierra. Ahora ya sí merece la pena, ¿verdad?
El que algo quiere, algo le cuesta. Esa ganancia de años tan extraordinaria a cambio de un decimal más en la velocidad no es gratis. Para poder acelerar lo suficiente como para aumentar la velocidad un poquito, la energía requerida es brutalmente grande. Para una nave espacial, claro. Para las partículas no hay problema, en el CERN ya se aceleran protones al 99.999999% de la velocidad de la luz. Pero para objetos con masas más grandes…Bueno, es un problema.
No podemos olvidar que masa y energía son la misma cosa, por lo que, cuanto más rápido se mueve un objeto, mayor es su energía cinética y, por tanto, más masa tiene. Como tiene más masa, se requiere aún más energía para seguir acelerando. El resultado es que con toda la energía producida por Estados Unidos durante 25 años a penas llegaríamos al 70% de la velocidad de la luz. Necesitamos maneras de generar una enorme cantidad de energía y que sea mediante un mecanismo que pueda incorporarse a una nave espacial sin hacerla mucho más pesada. Serían necesarias miles de toneladas de combustible nuclear para generar energía mediante fisión. La fusión nuclear no es mala opción, pero se necesita deuterio, que no es precisamente el isótopo de hidrógeno más abundante y se requeriría mucho, por lo que fabricarlo y acoplarlo a la nave tampoco es viable. Otra opción sería usar la energía de la aniquilación de materia y antimateria, ya que 100 toneladas serían suficientes para alcanzar el 99.9% de la velocidad de la luz. Lo malo es que la producción mundial de antimateria no alcanza la millonésima parte de un gramo. Además, no hay forma de controlar la energía producida.
Definitivamente, obtener la energía necesaria para alcanzar velocidades cercanas a las de la luz con las que poder viajar significativamente al futuro, es un problema. Siempre podemos tener la esperanza de encontrar nuevas formas de energía en el futuro, pero los problemas no se terminarían ahí. A esas velocidades, una mota de polvo agujerearía la nave como si fuera una bala; los átomos de gas producirían cascadas de radiación que serían dosis letales para los viajeros; y lo más importante: sería un viaje sólo de ida.
Viajar al futuro requiere una fuente de energía de la que aún no disponemos, pero no es imposible desde el punto de vista físico
Vayamos ahora con los viajes al pasado. Como hemos dicho antes, viajar al pasado implica adelantar a un rayo de luz. Veamos un ejemplo: imaginemos que en un planeta a 4 años luz hay una civilización que está decidiendo si declara o no la guerra a La Tierra. Si decidieran que sí, el mensaje con la declaración de guerra tardaría 4 años en llegarnos. Sin embargo, si el embajador terrícola en dicho planeta pudiera enviarnos el mensaje más rápido que la velocidad de la luz, nos llegaría la información antes de que la civilización extraterrestre hubiera decidido nada. Es decir, el embajador estaría comunicándose con el pasado, por lo que nosotros podríamos ofrecer acuerdos y evitar a la guerra.
Hablemos de los conos de tiempo: son una forma de representar el espacio-tiempo y la causalidad de los eventos que se desarrollan en el mismo. Si en un lugar y momento determinados emitimos un pulso de luz, esa luz va a propagarse a casi 300.000 km/s en todas direcciones, es decir, va a formar un cono. Todos los eventos que tienen lugar a una velocidad menor que la de la luz se encuentran dentro del cono y describen curvas temporales. La superficie misma del cono contiene los eventos que tienen lugar a la velocidad de la luz. Para alcanzar los eventos que quedan fuera del cono, hay a desplazarse más rápido que la velocidad de la luz y describen curvas espaciales. Conforme pasa el tiempo, el cono es cada vez más grande, pero siempre habrá eventos que hayan quedado fuera del cono y, por tanto, fuera de nuestro alcance. El cono de luz contiene todos los futuros posibles, y al punto desde el cual hemos emitido del pulso de luz converge el cono del pasado, de todos los eventos desde los cuales podíamos llegar a este instante, al presente. Por tanto, para viajar al pasado hay que salir del cono de luz, es decir, viajar más rápido que la luz.
Por tanto, mientras los viajes al futuro parecen restringidos sólo por motivos técnicos, los viajes al pasado parecen estar prohibidos por la propia física. O no. Siendo rigurosos, la relatividad general dice que no podemos desplazarnos a la velocidad de la luz en espacio-tiempo planos, pero ya sabemos que la presencia de masa y energía hacen que el espacio-tiempo se curve.
Para viajar al pasado necesitamos poder realizar lo que se llaman curvas temporales cerradas. Estas trayectorias en el espacio-tiempo nos permiten, sin salirnos de nuestro cono de luz, aparecer en un punto de pasado. Para ello es condición indispensable que el espacio-tiempo esté muy curvado. Veamos algunas de las posibles formas de crear estas curvas. O lo que es lo mismo, diseñemos máquinas del tiempo.
Curvando el espacio-tiempo se pueden conseguir curvas temporales cerradas que nos permitirían viajar al pasado
En 1949 en matemático Kurt Gödel publicó una solución a las ecuaciones de Einstein que daba como resultado un Universo finito en rotación. Los universos finitos, es decir, con borde, tienen un problema: colapsan por efecto de la gravedad. Gödel consiguió evitar el colapso gravitacional haciendo que su universo girase, y, por tanto, habría una fuerza centrífuga que contrarrestaría a la gravedad. Lo más curioso de este universo es que, a un radio lo suficientemente grande, aparecen curvas temporales cerradas.
La matería y energía en rotación generarían unas deformaciones en el espacio-tiempo que provocarían que los conos de luz se inclinasen, de manera que el futuro de cada cono de luz se inclinaría hacia el pasado del siguiente. De esa forma, sin salir nunca del cono, iríamos pasando de uno a otro hasta regresar al cono del pasado del momento del cual hemos partido inicialmente. Es decir, sin sobrepasar la velocidad de la luz acabaríamos llegando al pasado. El problema sería que se necesitarían órbitas de más de 100 billones de años luz, así que para poder realizar este viaje en un tiempo razonable, necesitaríamos ir a una velocidad muy cercana a la de la luz.
Evidentemente este universo perfectamente correcto a nivel matemático, no es correcto a nivel físico, ya que las observaciones experimentales lo descartan. Mala suerte, nuestro universo no es gödeliano y no nos provee de mecanismos naturales que nos permitan viajar al pasado. Lo que sí consiguió Gödel fue inspirar a muchos otros físicos teóricos y matemáticos para buscar formas originales de deformar el espacio-tiempo y obtener líneas temporales cerradas.
En 1974, Frank Tipler publicó su idea de los cilindros rotatorios. Esto podría considerarse como la primera máquina del tiempo diseñada por los humanos. La idea era contener una cierta cantidad de materia en un cilindro finito y ponerla en rotación. Con este sistema, se logra una deformación del espacio-tiempo que da lugar a curvas temporales cerradas. Concretamente haría falta un cilindro de 100km de longitud y 10km de radio que tuviera la masa del Sol y que rotase dos veces cada milisegundo.
Evidentemente, no estamos en condiciones de fabricar este artefacto, pero en el universo hay objetos que se le parecen mucho: las estrellas de neutrones. Lo cumplen todo, excepto que son esféricas y necesitamos un cilindro para que la geometría sea la correcta. Podemos imaginar que llegásemos a tener la tecnología necesaria como para agrupar varias estrellas de neutrones, colocándolas unas encimas de otras para formar un cilindro, pero surgiría otro problema: es imposible acercar estrellas de neutrones tanto sin que colapsen gravitatoriamente y formasen agujeros negros. De hecho, el teorema de Tipler nos dice que es imposible construir esta máquina del tiempo sin que aparezcan singularidades. Es decir, sin que aparezcan agujeros negros. Nos haría falta materia exótica, materia de masa negativa, que produjese un efecto antigravitatorio y sostuviera el sistema, y esta materia nunca se ha observado. Tendremos que buscar otra forma de viajar al pasado.
Hay otras propuestas para crear líneas temporales cerradas, como las cuerdas cósmicas de Gott. Consiste en dos cuerdas cósmicas en movimiento una respecto de otra. Las cuerdas cósmicas son filamentos de energía pura, muy densos, que la teoría propone que se podrían haber originado en el Big Bang y que, de momento, no han sido observados. Esta configuración deformaría el espacio-tiempo dándole forma de cono, lo que produciría líneas temporales cerradas. Pero, como digo, no se han observado estas cuerdas.
De momento no tenemos capacidad para producir líneas temporales cerradas sin generar agujeros negros.
¿Hay otras formas de viajar al pasado que no sea mediante líneas temporales cerradas? Sí, por ejemplo la máquina de Alcubierre. Aquí, el físico mexicano propone crear una especie de burbuja por delante de la cual el espacio-tiempo se contrae en la dirección en la que queremos ir y se expande en la dirección opuesta, por detrás de la burbuja. Mientras, la nave espacial estaría tranquilamente dentro de la burbuja, en un espacio plano, sin notar los desagradables efectos de la deformación espaciotemporal. Dado que no hay un límite para la velocidad a la que el espacio-tiempo puede contraerse o expandirse, si todo este proceso se diese a velocidades mucho más altas que las de la luz, la nave se desplazaría ‘sufeando’ sobre una ‘ola’ de espacio-tiempo, recorriendo grandes distancias a velocidades más altas que las de la luz, pero no porque la nave se mueva a esa velocidad, sino que es la ola de espacio-tiempo quien lo hace, que no está limitada a la velocidad de la luz. Lo malo es que, de nuevo, necesitamos materia exótica para crear este efecto.
Otra opción totalmente diferente la propone Feynman, quien reinterpretó la antimateria como materia viajando hacia atrás en el tiempo. Por ejemplo, el positrón (la antipartícula del electrón) es lo mismo que un electrón que está viajando al pasado. Y a nivel matemático y físico, esto es completamente cierto. De hecho, en los aceleradores de partículas se envían rutinariamente partículas al pasado. Sin embargo, conseguir lo mismo a nivel macroscópico es imposible: todo nuestro cuerpo está formado por átomos y éstos a su vez por partículas elementales. Todas ellas tienen su antipartícula correspondiente. ¿Podríamos conseguir transformar a la vez todas nuestras partículas en antipartículas y luego en partÍculas otra vez? La respuesta es no. No es posible generar una fluctuación que provoque estas transformaciones en todas nuestras partículas a la vez, ya que éstas obedecen a leyes probabilísticas totalmente incontrolables.
En fin, parece que, de momento, estamos condenados a vivir el presente, aunque la física no nos prohíbe seguir buscando.
Muy interesante el articulo, me gusta la explicación del pasado y como cuantifica la diferencia de tiempo a medida que te acercas acercas a la velocidad de la luz.