El Universo En Una Cascara De Nuez

CAPITULO 1

• A principios del siglo XX se imaginaban que el espacio estaba lleno de un medio continuo denominado el «éter» y que la luz se propagaría por el éter con una velocidad fija, pero que si un observador viajaba por el éter en la misma dirección que la luz, la velocidad de ésta le parecería menor, y si viajaba en dirección opuesta a la de la luz, su velocidad le parecería mayor.

• En 1905 Albert Einstein a través de estudios determinó que la velocidad de la luz es independiente del movimiento del observador y tiene el mismo valor en todas direcciones y que las leyes de la naturaleza deberían tener el mismo aspecto para todos los observadores que se movieran libremente, esto constituyó la base de la teoría de la relatividad, llamada así porque suponía que sólo importa el movimiento relativo. Ello exigió abandonar la idea de que hay una magnitud universal, llamada tiempo, que todos los relojes pueden medir, en vez de ello, cada observador tendría su propio tiempo personal.

• El postulado de Einstein de que la velocidad de la luz debe ser la misma para cualquier espectador implica que nada puede moverse con velocidad mayor que ella; la masa y la energía son equivalentes, estos postulados se resumen en la famosa ecuación de Einstein E=mc2. Gracias a esta fórmula de lateoría general de la relatividad de Einstein, el espacio y el tiempo pasaron a ser de un mero escenario pasivo en que se producen los acontecimientos a participantes activos en la dinámica del universo.

CAPITULO 2

• Isaac Newton nos proporcionó el primer modelo matemático para el tiempo y el espacio en sus Principia Mathematica, publicados en 1687, en él el tiempo estaba separado del espacio y era considerado como una línea recta, o una vía de tren, infinita en ambas direcciones. El propio tiempo era considerado eterno, en el sentido de que siempre había existido y seguiría existiendo siempre. En cambio, mucha gente creía que el universo físico había sido creado más o menos en el estado presente hace tan sólo unos pocos miles de años.

• La relatividad general combina la dimensión temporal con las tres dimensiones espaciales para formar lo que se llama espacio-tiempo. La teoría incorpora los efectos de la gravedad, afirmando que la distribución de materia y energía en el universo deforma y distorsiona el espacio-tiempo, de manera que ya no es plano; pero no podemos curvar el espacio sin involucrar asimismo al tiempo. Por lo tanto, el tiempo adquiere una forma. En la relatividad general, el espacio-tiempo es curvado no sólo por los objetos con masa, sino también por el contenido en energía. Esta siempre es positiva, por lo cual confiere al espacio-tiempo una curvatura quedesvía los rayos de luz los unos hacia los otros, de manera que a medida que retrocedemos en el tiempo, las secciones transversales del cono de luz de nuestro pasado alcanzan un tamaño máximo y empiezan a disminuir de nuevo. Nuestro pasado tiene forma de pera.

• Para describir cómo la teoría cuántica configura el tiempo y el espacio, resulta útil introducir la idea de un tiempo imaginario. La línea de universo o historia de un observador siempre transcurría en la dirección creciente del tiempo real (es decir, el tiempo siempre transcurría del pasado al futuro), pero podía aumentar o disminuir en cualquiera de las tres direcciones espaciales. En cambio, como el tiempo imaginario es perpendicular al tiempo real, se comporta como una cuarta dimensión espacial. Otro posible comportamiento puede ilustrarse suponiendo que el tiempo imaginario corresponde a los grados de longitud en la Tierra. Todos los meridianos se cortan en los polos Norte y Sur. Así pues, en ellos el tiempo se detiene, en el sentido que un incremento del tiempo imaginario, o de los grados de longitud, nos deja en el mismo punto. Hemos caído en la cuenta de que esta detención del tiempo real e imaginario significa que el espacio-tiempo tiene una temperatura.

CAPITULO 3

• El universo cambia con el tiempo, no puede haber existido siempre en el estado que lo vemos hoy. Los astrónomos habían aprendido que, mediante el análisis de la luz de las otras galaxias, podemos averiguar si éstas se están acercando o alejando, mediante el llamado efecto Dópler. Hallaron, estupefactos, que casi todas las galaxias se están alejando, además, cuanto más lejos están, con mayor velocidad parecen estar alejándose por lo que de determina que el universo se está expandiendo.

• Si las galaxias se están separando, debieron estar más juntas en el pasado según la teoría de la expansión, pero quizás el universo no tenga fronteras en el espacio ni en el tiempo. Hay que tomar en cuenta que existe otro tipo de tiempo, llamado tiempo imaginario, que es ortogonal al tiempo real ordinario que sentimos pasar. El tiempo imaginario se comporta como otra dirección espacial más, así, las historias del universo en el tiempo imaginario pueden ser representadas como superficies curvadas, como por ejemplo una pelota, un plano o una silla de montar. En tiempo imaginario, a cada posible superficie cerrada le correspondería una historia, y cada historia en el tiempo imaginario determinaría una historia en el tiempo real.

• La historia más sencilla del universo en tiempo imaginario es una esfera lisa, como la superficie de la Tierra, pero con dos dimensiones más. Ésta determina en el tiempo real una historia del universo, en la cual éste es homogéneo y se expande con el tiempo. En este capítulo hemos visto cómo el comportamientode la inmensidad del universo puede ser comprendido a partir de su historia en el tiempo imaginario, que es una esfera diminuta y ligeramente aplanada.

CAPITULO 4

• El determinismo científico, que fue expresada por primera vez a comienzos del siglo por el marqués francés Laplace que sugirió que si conociéramos las posiciones y las velocidades de todas las partículas del universo en un instante, las leyes de la física nos deberían permitir la predicción de cuál será el estado del universo en cualquier otro instante del pasado o del futuro. A pesar de la veracidad de sus palabras el determinismo parece amenazado por el principio de incertidumbre, que establece que no podemos medir con precisión la posición y la velocidad de una partícula simultáneamente y también por una propiedad conocida como caos, según la cual un pequeño cambio en la posición o la velocidad en un instante dado puede conducir a un comportamiento completamente diferente en instantes posteriores.

• En la mecánica cuántica, una partícula no tiene una posición o una velocidad bien definidas, pero su estado puede ser representado mediante lo que se llama la función de onda. Una función de onda es un número en cada punto del espacio que indica la probabilidad de hallar la partícula en dicha posición. La tasa de variación de la función de onda con la posición indica la probabilidad de diferentesvelocidades de la partícula. Sabemos ahora que la función de onda es todo cuanto puede ser bien definido. La situación es diferente en la teoría general de la relatividad, en la cual el espacio-tiempo no es plano sino curvado y distorsionado por su contenido en materia y energía y plagado de pliegues y agujeros negros.

• Los agujeros negros se forman a partir de nubes de gas que ha medida que se contraen bajo la acción de su propia gravedad, el gas se calienta y al final llega a temperatura suficientemente elevada para iniciar la reacción de fusión nuclear El calor generado en este proceso produce una presión que sostiene la estrella contra su propia gravedad y detiene su contracción, pero estas reacciones nucleares no liberan mucha energía, de manera que las estrellas pierden calor y disminuye la presión térmica que las sostiene contra la gravedad. Por lo tanto, empiezan a contraerse. Ello tiene consecuencias importantes para el determinismo pues la radiación de un agujero negro se llevará energía y si se considera seriamente la teoría de la relatividad general de Einstein, se debe permitir la posibilidad de que el espacio-tiempo forme nudos y se pierda información en los pliegues, por lo que el determinismo de Laplace no es viable.

CAPITULO 5

• La base de todas las discusiones modernas sobre viajes en el tiempo es la teoría general de la relatividad de Einstein, pues ahora hay la posibilidad de que el espacio-tiempo estuviera tan deformado que se pudiera

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