Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

octubre 01, 2012

Medir y entender el tiempo

Dijo Baltasar Gracián: "Todo lo que realmente nos pertenece es el tiempo; incluso el que no tiene nada más, lo posee". Pero aún no sabemos qué es exactamente esa materia extraña que poseemos.

El reloj de la torre de Berna, Suiza, que inspiró
a Einstein sus ideas sobre la relatividad.
(Foto GFDL de Yann and Lupo, vía
Wikimedia Commons
"El tiempo es lo que impide que todo ocurra a la vez", dijo John Archibald Wheeler, uno de los más importantes físicos teóricos estadounidenses del siglo XX y recordado por su concepto del "agujero de gusano" como un túnel teórico a través del tiempo y el espacio.

Era un intento de explicar, con buen humor, uno de los más grandes misterios que el universo sigue ofreciéndonos como estímulo para la investigación. Porque aunque conocemos algunas de sus características esenciales, no sabemos exactamente qué es el tiempo.

El tiempo se desarrolla en un solo sentido, eso es lo más notable que podemos decir de él. Es decir, pese a afirmaciones y especulaciones en contrario, no podemos retroceder en el tiempo. Por ello los físicos hablan de la "flecha del tiempo" que sólo avanza en una dirección, del pasado al futuro.

También sabemos algo con lo que nos hemos reconciliado en las últimas décadas pero que en su momento fue todo un desafío a eso que llamamos, con cierta arrogancia inexplicable, "el sentido común": el tiempo es relativo.

Hasta 1905, se consideraba que el tiempo era constante, como lo proponía Newton. Pero según la teoría de la relatividad publicada ese año por Einstein, el tiempo es relativo, según el marco de referencia. El ejemplo clásico es el de un hombre que viaja al espacio cerca de la velocidad de la luz y su gemelo se queda en la Tierra. Para el viajero, el tiempo transcurrirá más lentamente o se "dilatará", y al volver será mucho más joven que su gemelo. Además, el tiempo también se dilata en presencia de la gravedad, a mayor atracción gravitacional, más lento transcurre.

La primera prueba de que lo predicho por las matemáticas de Einstein era real se realizó en 1971 utilizando dos relojes atómicos con precisión de milmillonésimas de segundo. Uno de ellos se quedó en tierra mientras que el otro se envió a dar la vuelta al mundo en un avión a 900 km por hora. Cuando el reloj del avión volvió a tierra, se demostró que había una diferencia entre ambos, una diferencia minúscula, de algunas milmillonésimas de segundo, pero coherente con la teoría.

Medir lo que no sabemos qué es

Mucho antes de siquiera plantearse definir el tiempo, o estudiarlo, el hombre enfrentó la necesidad de contarlo. Los períodos de tiempo más largos que un día tenían referentes claros: el propio ciclo del día y la noche, el de la luna, el del sol y los de distintos cuerpos celestes que le resultaron interesantes a distintas culturas, como Venus a los mayas y Probablemente Sirio a los egipcios.

Pero, sobre todo después de que los grupos humanos dejaron de ser nómadas, se hizo necesario dividir el día se dividiera en fragmentos medibles e iguales para todos, con objeto de coordinar las actividades del grupo.

Para ello se emplearon varios procesos repetitivos capaces de indicar incrementos de tiempo iguales: velas marcadas con líneas, relojes de arena, relojes de agua (clepsidras), tiras de incienso que se quemaban a un ritmo regular, y otros mecanismos. Los egipcios que trabajaban bajo tierra, como en las tumbas reales, recibían lámparas de aceite con una cantidad determinada. Al acabarse el aceite de sus lámparas, sabían que era hora de comer, o el fin de su jornada de trabajo.

Los egipcios fueron también los primeros en utilizar el sol, o, más precisamente, la sombra, para dividir el día en fragmentos. Los obeliscos eran relojes de sol que primero sólo marcaban la hora antes y después de mediodía, y luego se añadieron otras subdivisiones, las horas. Hace alrededor de 3.500 años, los egipcios crearon los primeros relojes de sol. Para ellos, los días tenían diez horas, más dos horas de crepúsculo y amanecer, y la noche tenía también 12 horas, determinadas mediante la aparición sucesiva en el horizonte de una serie de estrellas.

¿Por qué tiene 12 horas el día? Los sistemas decimales o vigesimales son los más comunes. pero el antiguo Egipto heredó su sistema numérico sexagesimal de los babilonios, que a su vez lo obtuvieron de la cultura sumeria.

Y los sumerios usaban un sistema duodecimal (de 12 unidades). Aunque no sabemos exactamente por qué lo eligieron, los matemáticos han notado que 12 tiene tres divisores (2, 3 y 4), lo cual simplifica bastante muchos cálculos realizados con esa base. Y al multiplicarlo también por 5 obtenemos 60. Otros creen que este sistema se origina en los 12 ciclos lunares de cada año, que han devenido en los doce meses del año. Los babilonios fraccionaron las horas en 60 minutos iguales y, al menos teóricamente, las horas en 60 segundos. La medición precisa del segundo, sin embargo, no fue viable sino hasta la invención del reloj en la edad media.

Por cierto, en esta práctica sumeria están divisiones como la venta de artículos por docenas o los doce signos del zodiaco (que omiten a dos porque no entran en el número "mágico", Cetus y Ofiuco).

Por supuesto, para medir lapsos de tiempo menores a un segundo no hemos seguido el sistema sexagesimal sumerio, sino que utilizamos décimas, centésimas, milésimas, etc. siguiendo el sistema decimal.

Pero, ¿existe el tiempo como existe la materia? Según algunos físicos y filósofos, el pasado y el futuro son creaciones de nuestra conciencia, pero no tienen una realidad física. Lo único que existe es un presente continuo, cuyos acontecimientos pueden dejar huella, como recuerdos, construcciones, ideas u obras de arte... pero sólo existen en el instante presente. Detectamos su paso sólo porque las cosas se mueven o cambian. E imaginamos el futuro especulando sobre los movimientos o cambios que pueden ocurrir.

En todo caso, el presente sigue siendo un acertijo, que se ha complicado con algunas teorías propuestas de gravedad cuántica según las cuales el tiempo no es un flujo continuo, sino que está formado por diminutas unidades discretas, paquetes de tiempo, llamados "cronones" que se suceden incesantemente, como los fotones se suceden para crear un rayo de luz que creímos continuo hasta que apareció la mecánica cuántica.

Quizá el problema que tenemos para entender el tiempo se ejemplifica con un pequeño ejercicio que todos podemos hacer: intente definir la palabra "tiempo" sin usar ni la palabra "tiempo" ni ningún concepto que implique el tiempo (como "duración" o "lapso").

Los límites de la medida

La menor unidad de tiempo que podríamos medir, teóricamente, es el "tiempo de Planck", propuesto por el físico Max Planck a fines del siglo XIX y que sería el tiempo necesario para que un fotón viajando a la velocidad de la luz recorra una distancia igual a una "longitud de Planck" (una medida 100 billones de veces menor que el diámetro de un protón).

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