Tiempo E-Book

Jenann Ismael

• Herausgeber: Ediciones UC
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Spanisch
• Veröffentlichungsjahr: 2024

Seitenzahl: 173

Beschreibung

¿Qué es el Tiempo? ¿Qué significa que pase el Tiempo? ¿Es posible viajar en el Tiempo? ¿Qué diferencia hay entre el pasado y el futuro? Hasta el trabajo de Newton, estas preguntas eran meros temas de especulación filosófica. Desde entonces hemos aprendido mucho sobre el Tiempo y su estudio ha dejado de ser asunto de la reflexión filosófica para pasar a formar parte de las materias de la física. Esta breve introducción presenta a los lectores una comprensión física actual del sentido del Tiempo, desde la Segunda Ley de la Termodinámica hasta la aparición de la complejidad y la vida. Jenann Ismael traza la línea de desarrollo de la teoría física desde Newton, pasando por la Teoría de la Relatividad de Einstein, hasta nuestros días. Las innovaciones de Einstein condujeron a una visión muy diferente al sentido cotidiano del Tiempo, en la que se lo entiende como una de las dimensiones en las que se extiende el universo. Este aparece entonces como un bloque estático de acontecimientos, en el que el pasado y el futuro no son más diferentes que el este y el oeste. Al analizar la controversia y la confusión filosófica que rodearon la recepción de esta nueva visión, Ismael también revisa la mezcla contemporánea entre mecánica estadística, ciencia cognitiva y fenomenología que conforma el camino a seguir para reconciliar el sentido familiar del Tiempo con la visión propuesta en las teorías de Einstein.

Leseprobe

Tiempo. Una breve introducción se publicó originalmente en inglés en el año 2022. Esta traducción es publicada en acuerdo con Oxford University Press. Ediciones UC es responsable de la traducción de la obra original y Oxford University Press no es responsable por ningún error, omisión, imprecisión o ambigüedad en esta traducción o por cualquier daño causado por la dependencia al respecto.

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www.ediciones.uc.cl

TIEMPO

Una breve introducción

Jenann Ismael

© Oxford University Press

Derechos reservados

Noviembre 2023

ISBN 978-956-14-3201-7

ISBN digital 978-956-14-3202-4

Traducción: English UC Language Center

Ilustración de portada: Margot Irarrázaval

Diseño y diagramación: versión productora gráfica SpA

CIP – Pontificia Universidad Católica de Chile

Ismael, Jenann, 1968- autor.

Tiempo : una breve introducción / Jenann Ismael ; traducción de Lorena Melissa Chávez Argandoña.

Incluye bibliografía.

1. Tiempo.

2. Filosofía del tiempo.

3. Percepción del tiempo.

4. Espacio y tiempo.

I. t.

2023 115 + DDC23 RDA

La reproducción total o parcial de esta obra está prohibida por ley. Gracias por comprar una edición autorizada de este libro y respetar el derecho de autor.

CONTENIDO

PRÓLOGO

CAPÍTULO 1:El tiempo hasta la llegada de Newton

CAPÍTULO 2:Del espacio y el tiempo al espaciotiempo: la era de Einstein

CAPÍTULO 3:Implicaciones filosóficas de la relatividad

CAPÍTULO 4:La flecha del tiempo

CAPÍTULO 5:El tiempo de la experiencia humana

CAPÍTULO 6:Panorama general y nuevos horizontes

REFERENCIAS

LISTA DE ILUSTRACIONES

LECTURAS COMPLEMENTARIAS

PRÓLOGO

Un momento de la vida humana es como una rebanada fina extraída quirúrgicamente del flujo constante de tu ser. Tiene un carácter temporal que contradice su falta de profundidad. Cada momento de tu vida es una especie de vistazo del todo, una cápsula pequeña que contiene tanto una imagen retrospectiva del pasado como una imagen prospectiva del futuro, la que destaca por su lugar en la cúspide de una transición concreta del futuro al pasado.

¿Y qué hay del tiempo? El tiempo en el mundo y en la naturaleza antes de que hubiera personas para capturarlo y preservarlo, para prefigurarlo y luego juzgarlo, para darle a cada momento capas de recuerdos del pasado y esperanzas del futuro. El tiempo en sí mismo es una dimensión de una variedad cuatridimensional de eventos. Hay diferencias entre las dimensiones espaciales y temporales, pero son sutiles y están enterradas en lo que los físicos llaman la firma de la métrica. El tiempo, tal como aparece en la imagen del físico del mundo, no pasa o se desarrolla y no tiene ninguna asimetría incorporada. No hay más diferencia entre pasado y futuro que la que existe entre este y oeste. Y los momentos del tiempo en sí mismos son indistinguibles e intercambiables.

Este es un libro sobre lo que la física nos enseña acerca del tiempo, la línea de pensamiento que comienza con Newton y nos lleva hasta la teoría de la relatividad. También se trata, inevitablemente, de cómo superar el abismo que hay entre la comprensión del físico sobre el tiempo y la de los seres humanos como tú y yo, inmersos en el tiempo y viviendo vidas humanas.

La historia de la física, desde Newton y su debate con Leibniz hasta las dos revoluciones de Einstein, provocó cambios en nuestra concepción del tiempo que no podríamos haber anticipado. Hoy en día se dice que la física está en un estado de confusión filosófica. Esto es cierto en algunas partes de la física, pero este hilo de desarrollo, el que va desde Newton hasta Einstein y culmina en la teoría general de la relatividad, es una historia de gran belleza conceptual e iluminación filosófica que nunca podría haberse logrado a través de métodos puramente filosóficos.

El debate que se presenta a continuación ofrece una oportunidad para reflexionar sobre lo que distingue los métodos de la física de los de la filosofía. Verás esos métodos en evidencia a lo largo de este libro, mostrados con la visión retrospectiva que descarta todos los comienzos y finales falsos, reemplazando el camino errático con un disparo directo hacia el destino.

Dado que el tiempo entra en la física a través de su conexión con el movimiento, pasaremos un buen tiempo hablando sobre las teorías físicas que se desarrollaron para describir cómo se mueven las cosas. Los capítulos 1 y 2 presentan los desarrollos teóricos de los siglos XVII al XX que nos llevaron desde la mecánica newtoniana a la relatividad general. En el capítulo 3, comenzaremos a explorar las implicaciones filosóficas de la imagen resultante del tiempo. Analizaremos algunas de las consecuencias extrañas de la relatividad, desde el modo en que el tiempo parece estirarse o encogerse en función del estado de movimiento de cada uno, hasta las preguntas sobre la posibilidad de viajar en el tiempo. En el capítulo 4 plantearemos un enigma que ocupará el resto del libro. Es un rompecabezas sobre la relación entre el tiempo tal y como aparece en la física –una abstracción matemática sin dirección ni movimiento– y el tiempo familiar y fluido de la vida humana, tan desordenado y cargado de tensión como la vida humana misma: lleno de suspenso y acción, sorpresa y arrepentimiento.

He hecho hincapié en las partes más interesantes y filosóficamente intrigantes de todo esto, las partes que aún esperan ser asimiladas y resueltas por completo, y las partes que establecen un contacto más directo con el tiempo tal y como lo conocemos. Esas son también las partes que más tienen que enseñarnos sobre nosotros mismos y nuestro lugar en el cosmos.

Esta introducción es para quien quiera sumergirse en las aguas desafiantes y extrañas de lo que la física nos ha enseñado sobre el tiempo, para luego plantearse preguntas como: ¿Cuál es la diferencia entre tiempo y espacio? ¿Cuál es la diferencia entre pasado y futuro? ¿Fluye el tiempo? ¿Es posible viajar en el tiempo? ¿Es el paso del tiempo una ilusión? Este es un libro que se puede leer sin tener conocimientos previos y, de igual manera, obtener un sentido cualitativo de lo que la física parece sugerir, no solo sobre el parámetro t de las fórmulas matemáticas que rastrean el movimiento, sino sobre el tiempo tal y como lo encontramos en nuestra experiencia: el tiempo de la poesía y la literatura; el tiempo de la vida misma. Al ser lisa y llanamente un libro para los no iniciados, no he presupuesto nada, he omitido discusiones técnicas que no serían prácticas, he evitado temas que solo interesarían a filósofos o físicos profesionales y no he tenido reparos en utilizar analogías y metáforas útiles. Es posible obtener una comprensión cualitativa de las teorías físicas que se discuten aquí y del razonamiento que condujo a ellas, sin entrar en la maleza de los cálculos numéricos, los experimentos y el razonamiento empírico que fueron necesarios para producirlas. Sin embargo, eso no significa que sea fácil. Se trata de ideas filosóficas difíciles, abstractas y muy bellas. Espero que te dejen con ganas de más y, si es así, hay todo un baúl de libros, cual cofre de tesoros, que profundizan en distintos aspectos del tema y que te recomiendo encarecidamente. Estos aparecen enumerados en la sección Lecturas complementarias.

CAPÍTULO 1

EL TIEMPO HASTA LA LLEGADADE NEWTON

La invención del tiempo

Hasta finales del siglo IV a. C., cuando se quería hablar de un acontecimiento pasado las personas disponían de varias formas, más o menos indirectas, para situarlo en el tiempo. Podían relacionarlo con algún acontecimiento histórico, como una batalla famosa o un eclipse solar, o situarlo en el tiempo indicando el nombre del titular de un cargo anual del Estado. Se podía decir, por ejemplo, que algo ocurrió cuando fulano de tal era magistrado jefe. En los reinos, era habitual utilizar el año de coronación del monarca. Un niño podía nacer en el quinto año de Alejandro Magno o en el cuarto de Nabonidas. También se podían combinar ambos, y decir, por ejemplo, que algo ocurrió en la primavera del año en que el rey Hammurabi destruyó la ciudad de Mari o en el tercer año del rey Enlil-bani antes de la gran tormenta de polvo.

La idea era utilizar épocas con nombres y acontecimientos conocidos públicamente como puntos de referencia para acotar la ubicación de un evento en el tiempo. Es lo mismo que haces en una cena familiar al intentar recordar cuándo un familiar pasó por una etapa en la que se iba a dormir con los guantes de esquí puestos (fue cuando aún vivíamos en el lago, antes de tener el Volvo azul, ¿verdad? El verano en que todos jugábamos a la pelota). Sin embargo, este método tiene limitaciones evidentes. Se basa en el conocimiento común de los acontecimientos emblemáticos que utiliza como puntos de referencia. A nadie fuera de tu familia le serviría saber que algo pasó durante el verano que jugaste a la pelota, por ejemplo. Dado que el conocimiento común de los acontecimientos públicos variaba de una zona a otra, también lo hacían los sistemas de datación y colocación en uso. Este método era restrictivo por naturaleza.

Si la comunicación era local, no había problemas, pero en cuanto se inició el comercio con personas que vivían en otras zonas geográficas, sus limitaciones se hicieron patentes. Tener que renegociar un sistema común de referencia temporal cada vez que se conocía a personas que procedían de una ciudad o un estado diferentes no era para nada trivial. Además, era engorroso e impreciso. Consideremos cómo fechó el historiador griego Tucídides el estallido de la Guerra del Peloponeso:

El Tratado de los Treinta Años, acordado tras la conquista de Eubea, duró catorce años. En el año decimoquinto, cuando Chrysis llevaba cuarenta y ocho años como sacerdotisa en Argos, Aenesias era éforo en Esparta, a Pitodoro le quedaban dos meses más en su arconato en Atenas, en el sexto mes después de la batalla de Potidaea, y al comienzo de la primavera, en la primera vigilia de la noche una fuerza armada de algo más de trescientos tebanos entró en Platea, una ciudad de Beocia aliada de Atenas.

Con el tiempo, alguien tuvo una idea mejor. Todo ocurrió durante la agitación política que siguió a la muerte de Alejandro Magno en Babilonia en el año 323 a. C. Uno de los generales macedonios de Alejandro introdujo un nuevo sistema para llevar la cuenta del tiempo. Este se convirtió en el antecesor de los sistemas de medición del tiempo de todas las épocas posteriores. Comenzó a partir del año 1 con la llegada de Seleuco I Nicátor a Babilonia (a lo que llamaríamos la primavera del 311 a. C.) y continuó sin interrupción tras su muerte. Su hijo y sus sucesores dejaron correr el reloj tras su muerte y, así, se convirtió en el primer cómputo universal, continuo e irreversible del paso de los años. El tiempo estaba ahora marcado por un número que nunca se reiniciaba, no estaba ligado a acontecimientos políticos, ni al ciclo vital de los gobernantes ni limitado a regiones geográficas.

Si antes utilizábamos un acontecimiento para localizar otro, el nuevo sistema de datación nos proporcionó una especie de cuadrícula trascendente que se extiende indefinidamente hacia el pasado y el futuro, en la que cada acontecimiento tiene un lugar. No solo proporcionaba una forma uniforme de referirse a los acontecimientos del pasado, sino que también hacía que el futuro pareciera más concreto y definido, como un lugar donde ocurrían cosas. Los números funcionan como nombres para los lugares de la cuadrícula no solo porque son fáciles de recordar, sino porque vienen con un orden que podemos aprovechar. Asignar números a los acontecimientos, de manera que reflejen el orden de los eventos a los que están asignados, nos permite leer los hechos a partir del orden de sus fechas. Así, en lugar de crear cronogramas para los acontecimientos locales, la gente podía coordinar entre sí los sistemas de ubicación y datación más restrictivos, incorporándolos a la cuadrícula. Ahora, el tiempo tenía una estructura y los acontecimientos un lugar en el tiempo.

Física

Avancemos hasta el siglo XVII. Si bien la naturaleza del tiempo era objeto de debate filosófico desde hacía mucho tiempo, ocurrió algo muy especial cuando el tema pasó a manos de los físicos. Hasta el siglo XVII, los que se hacían las preguntas que consideramos distintivas de la física moderna eran los filósofos, personas como Tales, Lucrecio, Anaximandro y Aristóteles. Ellos construyeron sistemas filosóficos que nos indicaban los distintos tipos de cosas que había en el mundo, cómo podían unirse y los principios que regían sus movimientos y comportamientos. Tales sostenía que toda la materia es agua, Lucrecio que todo es átomos en el vacío y Anaximandro que el “ápeiron” es el origen de todo lo que es.

Los historiadores discrepan sobre cuándo comenzó la llamada revolución científica y hasta qué punto tuvo continuidad con la historia precedente, pero están de acuerdo en que parte de lo que hizo posible que la ciencia surgiera como proyecto distintivo fue la evolución social en Europa que dio lugar a las sociedades científicas.

Estas sociedades regularon la acumulación y el intercambio de información observacional, lo que supuso que, por primera vez en la historia, la recopilación de pruebas se convirtiera en un esfuerzo colectivo y sistemático. Las regularidades cualitativas comúnmente observadas que constituían la base de las antiguas cosmovisiones fueron sustituidas por un gran fondo de información cuidadosamente recopilada. La gente ya no se contentaba con observar, sino que empezó a medir. Se realizaron experimentos, se compartieron resultados y se publicaron teorías. Con la disponibilidad de volúmenes grandes de datos, las matemáticas adquirieron un rol nuevo y destacado. Ahora, en lugar de basar las teorías en las regularidades manifiestas del mundo cotidiano, los científicos empezaron a observar regularidades más abstractas que estaban ocultas en los datos. Se desarrollaron herramientas para buscar estas regularidades ocultas y nació la física tal y como la conocemos.

La cosmovisión aristotélica, que fue la visión dominante del mundo desde el siglo III a. C. hasta el siglo XVII, era un lugar cómodo y familiar para el ser humano. El universo era finito y la Tierra estaba en su centro. Una esfera hecha de una sustancia cristalina que contenía las estrellas fijas giraba alrededor de la Tierra. Bajo el cristal incrustado de estrellas en el cielo había cuatro elementos: agua, tierra, fuego y aire. Cada uno de ellos tenía un movimiento natural que describía sus desplazamientos cuando no se veían obstaculizados. El agua y la tierra se desplazaban hacia el centro de la Tierra; el fuego y el aire, lejos de ella. Esta visión del mundo constituyó el telón de fondo de la educación y la erudición en el mundo occidental durante dos milenios y fue la misma en la que se educó Isaac Newton, un estudiante de 18 años que ingresó a Cambridge en 1661. La peste que afectó a Cambridge hizo que el joven Newton regresara dos veces a la casa de su familia de Woolsthorpe durante sus años universitarios, y fue durante estas visitas que tuvo las ideas que lo condujeron a la majestuosa teoría del movimiento. La teoría se publicó en 1687 en tres volúmenes presentados a la Real Sociedad de Londres con el título Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural).

Esta fue la primera teoría física, en el sentido moderno, y deshace el universo aristotélico en todos los aspectos. Mientras que el universo de Aristóteles era finito y tenía un centro, el de Newton es infinito y no tiene centro. Mientras que el universo de Aristóteles dividía los cielos de la Tierra, en la teoría de Newton los cuerpos celestes están hechos de la misma materia y obedecen las mismas leyes que los de la Tierra. Según la concepción newtoniana del mundo, el universo está formado íntegramente por partículas materiales. Los objetos, desde mesas a árboles y desde pingüinos a planetas, son configuraciones de tales partículas. El comportamiento de esas configuraciones viene determinado por el de las partículas que las componen. Las leyes que rigen esos comportamientos son principios matemáticos iguales siempre y en todas partes.

Quizás hayas oído hablar del momento proverbial “ajá” que tuvo Newton en su jardín al ver caer una manzana de un árbol y conjeturar que la fuerza que atrae la manzana hacia el suelo es la misma que mantiene a los planetas en órbita. Esa idea tuvo profundos efectos en lo que es posible saber acerca del universo. Permitió estudiar las leyes que rigen el movimiento planetario al examinar los movimientos de las cosas cercanas a la superficie de la Tierra.

Según la teoría de Newton, la única característica de las partículas materiales que puede cambiar con el tiempo es la posición. Hay dos leyes que rigen los cambios de posición:

1. un cuerpo al que no se le aplica fuerza permanece en reposo si está en reposo y continúa moviéndose uniformemente en línea recta si está en movimiento;

2. la fuerza aplicada a un objeto es igual a su masa multiplicada por su aceleración.

Estas leyes son tan sólidas que si nos dan una lista de las posiciones de todas las partículas del mundo en un momento determinado, junto con sus velocidades (es decir, la rapidez y la dirección en que cambia la posición), podemos calcular sus posiciones en todos los demás momentos.

Esto se expresa a veces diciendo que, para crear el mundo, todo lo que Dios tuvo que hacer fue poner las partículas de las que está hecho el universo, especificar sus velocidades y decretar estas dos leyes. Una vez hechas esas cosas, todo lo demás funcionaría (como se suele decir) como reloj.

Resulta asombrosa la idea de que sea posible escribir principios matemáticos tan poderosos que determinen la historia completa del universo hasta el más mínimo detalle, desde la forma en que una gota de agua se posa en el pétalo de una peonía siberiana en el siglo III a. C. hasta el camino que seguirá la mariposa al revolotear por tu jardín mucho después de que tú seas polvo y cenizas, a partir de una especificación de las posiciones y velocidades iniciales de las partículas que lo componen. Y pensar que podía exponerse en dos líneas tan simples y directas como las anteriores parece descabellado. Newton no solo escribió estas leyes. En los tres volúmenes de Principia, demostró cómo utilizarlos para deducir todos los movimientos conocidos de los objetos, desde las rocas que ruedan por las laderas de las montañas y las bolas que se balancean en un péndulo, hasta los movimientos de los planetas. Es difícil exagerar el alcance y la belleza de sus logros.

Disputa filosófica

Comprender lo que la física nos dice sobre el tiempo no puede separarse de entender lo que nos dice sobre el espacio. El movimiento es un cambio de lugar en el tiempo, por lo que ambos son parte integral de las teorías del movimiento. Newton tenía opiniones muy firmes sobre el espacio y el tiempo, expresadas en un ensayo que se adjuntó a Principia como apéndice filosófico. En este, él afirma la opinión de que el espacio y el tiempo eran cosas distintas de los objetos materiales y los acontecimientos que se localizaban en ellos. Al decir esto, se oponía a la postura del filósofo y polímata alemán Gottfried Wilhelm Leibniz. Newton conocía bien a Leibniz, quien había descubierto el cálculo de manera independiente más o menos al mismo tiempo que Newton, y eran rivales en el mundo intelectual de la época. Leibniz negaba que el espacio y el tiempo fueran cosas por derecho propio. Sostenía, en cambio, que lo que llamamos espacio y tiempo no eran más que marcos abstractos para representar las relaciones entre objetos y acontecimientos. El desacuerdo entre ambos puntos de vista dio lugar a un animado intercambio epistolar entre Leibniz y Samuel Clarke, un inglés partidario de Newton. Las cartas se intercambiaron entre 1715 y 1716 y se publicaron al año siguiente. Siguen siendo un locus classicus de la discusión filosófica sobre la naturaleza del espacio y el tiempo.

Tómate un momento para mirar a tu alrededor y evaluar tu entorno. Pregúntate si ves la ubicación de las cosas en el espacio. Puede que te sientas inclinado a decir que sí, pero al reflexionar te darás cuenta de que eso no es del todo correcto. En realidad, lo que ves son sus relaciones espaciales con los demás objetos a la vista. Si alguien tomara todos los objetos del espacio –incluido tú– y, sin alterar las relaciones entre ellos, desplazara todo el sistema a una distancia fija, o lo girara todo alrededor de un eje fijo, y luego lo volviera a bajar, no notarías ninguna diferencia. Tu propio cuerpo tendría que estar incluido en el sistema para que tus propias relaciones con los objetos se mantuvieran en movimiento, pero mientras permanezcan inalteradas, no notarías nada.