El viaje en el tiempo no es como te lo han contado

September 18, 2024

La capacidad de viajar al futuro y, sobre todo, al pasado, es algo que ha intrigado al ser humano durante muchísimos años. Es un tema tan popular en la ciencia ficción que existen innumerables libros, series y películas sobre ello, como Doctor Who o Quantum Leap. Incluso uno de mis K-Dramas favoritos, llamado El túnel, trata sobre un detective que resuelve un crimen viajando en el tiempo. Hasta existen leyendas urbanas, tales como la de John Titor, que tratan casi en su totalidad de supuestos «viajeros del tiempo».

Sin embargo, ¿es realmente posible viajar en el tiempo? La respuesta corta es que al futuro sí, aunque es muy difícil, y al pasado definitivamente no. Si te interesa la respuesta larga quédate, pues en esta entrada analizaremos qué circunstancias nos llevarían a un viaje en el tiempo, qué restricciones tenemos, y qué paradojas temporales existen.

Introducción: Érase una vez una revolución científica

En 1905 un joven científico que en ese entonces aún era desconocido publicó en Berna una teoría que revolucionó la ciencia que hasta ese momento se conocía. Esta teoría cambió por completo nuestra forma de percibir el espacio, la energía, y hasta el tiempo, que es lo que más nos interesa aquí.

Antes de continuar, es necesario aclarar que una teoría no es lo mismo que una hipótesis, como el colectivo popular piensa. Científicamente una teoría es un modelo matemático respaldado por hechos empíricos y comprobables que es capaz de explicar y predecir fenómenos físicos, químicos, o de cualquier otro tipo. Es decir, una teoría no es una simple conjetura, sino que es algo bien fundamentado y que tiene bases comprobables.

Originalmente se creía que el tiempo era algo constante e inmutable, y de repente llegó esta teoría a darle a los científicos una patada en la cara y a decirles que el tiempo, de hecho, es variable, y que está ligado al espacio, produciendo así lo que se conoce como el espacio-tiempo, cuyo valor depende de su movimiento, de su velocidad [1].

El científico de quien estamos hablando es Albert Einstein (pronunciado «ainshtain»), y la teoría de la que hablamos es la relatividad especial, de la cual viene la legendaria ecuación $E = mc^2$. Diez años después Einstein publicaría la relatividad general, que terminaría de transformar nuestra comprensión del universo y que, junto con el modelo estándar, sería nuestra mejor teoría física hasta ahora para describir al universo.

Para poder entender cómo sería un viaje en el tiempo, primero debemos entender a la gravedad en sí misma, que se describe en la relatividad general, así como a un fenómeno relacionado con el tiempo que se describe en la relatividad especial.

Gravedad 101

Supongamos que el universo es una sábana gigante que está bien estirada y que no tiene irregularidades. Si ponemos un objeto pesado encima de la sábana, ésta se sume. Después, si ponemos otro objeto de menor peso cerca del primero, éste va a caer hacia donde está sumida la sábana.

Representación con dos objetos, uno grande y otro pequeño, sumiendo la sábana

¿Cómo podemos hacer para que nuestro objeto de menor peso no caiga directamente hacia donde se sumió la sábana? Fácil, lo ponemos con una cierta velocidad. Si el cuerpo ya lleva vuelo, va a haber una fuerza que lo empuja hacia adelante, y otra que lo empuja hacia adentro. Por sumatoria de fuerzas, el cuerpo ni se sigue ni cae, y entonces comienza a girar alrededor de ese espacio.

Animación de la sábana con un objeto pesado al centro, y otro que gira alrededor suyo

Esa es la razón por la cual la Tierra permanentemente orbita alrededor del Sol. Lo interesante de esto es que cada cuerpo sume la sábana a su modo, y entonces el cuerpo pequeño puede influenciar a otro cuerpo aún más pequeño, y entonces tendríamos a un objeto grande siendo orbitado por un cuerpo mediano, que a su vez es orbitado por un cuerpo pequeño. Es por ello que la Luna orbita a la Tierra, a pesar de que la gravedad del Sol es más fuerte.

El universo no es literalmente una sábana —sobre todo porque se trata de un espacio en tres dimensiones y no dos—, pero los cuerpos celestes sí lo deforman y producen el mismo efecto. Entonces, la gravedad se puede entender, además de como una fuerza que atrae objetos, como la deformación del espacio-tiempo producida por un cuerpo [2].

Ahora pasemos al siguente fenómeno, que se describe en la teoría especial. Para poder entenderlo, primero debemos tomar en cuenta que esto sólo funciona si hay dos o más observadores. O sea, si estamos sólo nosotros y ya, no seremos capaces de percibir nada; forzosamente necesitamos a alguien más para que funcione.

La dilatación del tiempo

Supongamos que estamos parados al lado de unas vías, y a lo lejos viene un tren que va rapidísimo, a unos 150 km/h si quieren. Si tomamos una cámara y hacemos zoom al tren, nos parecerá que se está moviendo lento. Pero ya dijimos que va a una velocidad muy alta, ¿no debería parecernos que va rapidísimo? Lo que está sucediendo realmente es una ilusión óptica que no representa una explicación ni rigurosa ni correcta sobre lo que sucede, pero nos sirve para hacernos una idea [3].

Con el ejemplo del párrafo anterior vimos que, a pesar de que el tren va muy rápido, nosotros —que estamos en reposo— lo vemos como si fuera cada vez más lento. En el espacio exterior resulta que si ponemos a alguien con un reloj a observarnos desde un punto fijo, y nosotros, también con un reloj, nos movemos a velocidades cada vez más altas, nuestro reloj irá más lento que el del otro observador. Quizás nosotros viajamos durante 5 minutos a una velocidad alta, y luego cuando regresamos a la Tierra resulta que pasaron 2 horas.

Diferencia en el reloj de dos cuerpos dependiendo de su velocidad

A este fenónemo se le conoce como dilatación del tiempo, y de allí viene la frase de «el tiempo es relativo». El tiempo depende de a qué velocidad vamos con respecto a un observador, y entonces, entre más rápido vayamos, más lento pasará el tiempo para nosotros [4].

Esto también ocurre si nos acercamos a un cuerpo con demasiada gravedad. ¿Recuerdan que en el planeta de agua de Interstellar habían pasado apenas hora y pico, pero luego en la Tierra habían pasado ya 27 años? Eso es porque la gravedad del agujero negro al que orbitaba, al deformar gravemente el espacio-tiempo, provoca un efecto exagerado de dilatación del tiempo.

El viaje al futuro: Posible, pero MUY difícil

Habiendo dicho todo esto, la fórmula para viajar al futuro luce facilísima: simplemente hay que viajar rapidísimo en una nave espacial, o hay que ponernos al lado de un objeto con mucha gravedad, esperamos un poco, y voilà. ¿No?

Bueno, en la teoría sí, así de fácil es. En la práctica... no tanto. Hay dos cosas que nos juegan en contra.

Si vamos a viajar rapidísimo, para que esto funcione con el efecto esperado debemos hacerlo a velocidades cercanas a las de la luz. La velocidad de la luz es el «límite de velocidad» del universo; sólo a nivel cuántico pueden algunas partículas ir momentáneamente más rápido, pero ninguna otra cosa puede superar ese límite. Y luego resulta que tenemos masa.

Primera restricción: La masa

Coloquialmente se dice que la masa es la cantidad de materia. En la vida cotidiana tiene sentido y nos sirve para medir las cosas, pero científicamente es el mol el que mide eso [5]. La masa es, de hecho, la medida de la inercia, o de la resistencia al cambio, al movimiento. Entonces, si un cuerpo tiene mucha masa, entonces moverlo será una hazaña; si tiene poca masa, entonces será tarea fácil [6].

Para ver mejor qué tiene que ver la masa con la velocidad, regresemos a la icónica ecuación de equivalencia entre masa y energía:

$E = mc^2$

Donde $E$ es la energía de un cuerpo en reposo, $m$ es su masa y $c$ es la velocidad de la luz en el vacío (porque en un medio como el aire o el agua va levemente más lento). Despejemos la masa para ver qué obtenemos:

$\frac{E}{c^2} = m$

Cualquier persona que haya prestado atención a sus clases de matemáticas de la preparatoria se habrá dado cuenta de que, con base en esta fórmula, la masa y la velocidad son inversamente proporcionales; si soy muy pesada, iré lento, si soy muy ligera, iré rápido.

Y es aquí en donde se nos acabó la guachafita. Si tener masa necesariamente implica que iremos más lento, entonces para ir a la misma velocidad que la luz debemos carecer de masa. Sí existe una partícula sin masa, la cual es el fotón, pero entonces tendríamos que convertirnos en un mar de fotones para viajar lo más rápido que se puede. ¿Ven lo absurdo de esto?

La dilatación del tiempo existe; satélites y sistemas GPS que orbitan la Tierra tienen que ajustar constantemente su reloj interno y su posición para evitar los efectos negativos de esto. Sin embargo, esa diferencia de tiempo es de apenas milisegundos, una cantidad que hasta parece risible. El récord del ser humano que más viajó en el tiempo lo tiene Sergei Krikalev, cosmonauta ruso que viajó 22.68 milisegundos en el futuro [4].

Entonces, si realmente quisiéramos viajar al futuro, definitivamente no lo lograremos intentando viajar rápido. Toca entonces acercarse a un cuerpo con demasiada gravedad, como un agujero negro, y esperar un rato a que la dilatación del tiempo haga su trabajo. Sin embargo, el agujero negro más cercano conocido está a 1500 años luz de distancia, y si ya dijimos que ni siquiera podemos viajar a la velocidad de la luz debido a que tenemos masa, llegaríamos hasta dentro de millones de años [7].

En esta casa respetamos las leyes de la termodinámica

Las leyes de la termodinámica son lo que hace que nuestro universo tenga, al menos, un mínimo de sentido. Son un rompepelotas para la mente humana creativa, pero también gracias a ellas el universo no explota o se desgarra. El movimiento perpetuo, la energía infinita, o la creación espontánea de materia no existen porque estas leyes los prohíben.

Particularmente nos interesan la primera y la segunda ley. La primera ley enuncia, de forma resumida, que [8]:

«La materia y la energía no se crean ni se destruyen; sólo se transforman.»

Es decir, ahora y siempre por los siglos de los siglos, vamos a tener siempre la misma cantidad de materia y de energía, entendiendo a ambas como dos caras de la misma moneda. La materia se puede transformar a otro tipo de materia, y la energía se puede transformar a otro tipo de energía. También la materia se puede transformar en energía, así que la proporción de cada cosa puede cambiar. Pero la cantidad total de masa-energía es la misma siempre; no puede haber menos, y no puede haber más.

La segunda ley, por su parte, enuncia [9]:

«La cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo.»

Y ya entramos en terreno pantanoso. ¿Qué morongas es la entropía?

Entropía 101

Esta sección contiene algunas partes del video de Date un Vlog.

Piensa que tienes una caja, y que metes cuatro pelotas de diferentes colores. Si metes todas en un mismo lado, tienes sólo una forma de hacerlo. Si metes tres en un lado y la otra en el otro lado, tendrás 4 maneras de hacerlo, y si pones dos de un lado y dos del otro, tendrás 6 formas. ¿Cuál es el estado más probable?

Posibles estados de la caja

Evidentemente, el último estado es el más probable, ya que hay más formas de llegar a él, mientras que el primer estado es el menos probable, ya que sólo hay una forma de llegar a él.

Ahora supongamos que tenemos un vaso con hielo. Después de un rato a temperatura ambiente el hielo se habrá derretido y convertido en agua. ¿Por qué nunca vemos el proceso inverso a la misma temperatura? Porque el agua líquida es un estado más probable que el hielo.

Entonces la entropía es la medida del estado más probable. Un sistema con alta entropía es muy probable, mientras que uno con baja entropía es poco probable.

Cuando iniciamos un fuego, comenzamos con un estado de baja entropía (debido a la relativa dificultad de encontrar el combustible), y terminamos con un estado de alta entropía (porque la combustión produjo calor y cenizas prácticamente sin esfuerzo).

Entonces, si la segunda ley de la termodinámica nos dice que «La cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo.», eso significa que en este momento el universo está en un estado muy poco probable, y con el tiempo se va transformando a un estado mucho más probable.

Esto se manifiesta de la siguiente forma. Cuando utilizamos energía para hacer funcionar una computadora, o un motor de combustión, esa energía se transforma en calor, que no nos sirve de mucho y que, de hecho, puede afectar negativamente al rendimiento de la máquina. Después el calor se enfría y, si bien esa energía sigue estando allí, ahora es inutilizable: no nos sirve para nada. Si de un proceso tan complejo y poco probable como el de una cámara de combustión interna sale un poco de energía mecánica (energía útil), y un mucho (pero mucho más) de energía calorífica que no sirve de nada, entonces esta última es el estado más probable (porque sale más calor y menos movimiento). Esta acumulación de energía inutilizable aumenta la probabilidad y, por ende, la entropía.

Entonces, la entropía mide también la irreversibilidad de los procesos. Lentamente la energía se vuelve cada vez menos utilizable, y llegará un momento en el que ya no haya energía que se pueda usar, momento en el que la entropía del universo será la máxima; será el estado más probable.

El viaje al pasado: Ni lo sueñes

Independientemente del procedimiento que se pudiere utilizar para viajar al pasado, no podemos hacerlo sin encontrarnos con un montón de problemas.

Segunda restricción: La primera ley

Imagina que en este momento tenemos una hipotética máquina del tiempo con la que podemos viajar al punto del pasado que queramos. Si pesamos 70 kg, y la masa total del universo es $m$, entonces cuando viajamos al pasado la masa del universo en el presente se vuelve $m – 70$, y la masa del universo en el pasado se volvió $m + 70$. Entonces ocurrió el milagro más grande de la historia, porque creamos y destruimos masa a voluntad.

Claramente estamos violando la primera ley de la termodinámica, y ya con eso nos bastaría para afirmar que el viaje al pasado no es posible. Pero vamos a seguirle metiendo caña, que se pone interesante la cosa.

Tercera restricción: La entropía

Si viajamos al pasado con nuestra hipotética máquina del tiempo, estaremos viajando de un lugar con mayor, a otro con menor entropía. ¿Cómo es posible disminuir de esa manera la entropía, si esta siempre aumenta? ¿Cómo convertimos toda la energía inutilizable en energía útil? La respuesta es que no se puede, es imposible bajar la entropía, y hacerlo violaría la segunda ley de la termodinámica.

Entonces... ¿valió gorro?

Si bien el viaje al pasado en la misma línea temporal parece imposible, existen algunas alternativas que, si bien no son prometedoras, tienen más sentido. Una de ellas propone el uso de agujeros de gusano, acelerando una de las salidas a la velocidad de la luz, para que entonces se pueda viajar de una época a otra dependiendo de la dirección en la que se viaja. Los agujeros de gusano son de por sí muy problemáticos, y matemáticamente requerirían viajar a una velocidad mayor a la de la luz —volvemos al mismo problema de la masa— [10].

Otra idea, que en teoría sería posible según la relatividad, y que es, de hecho, una solución muy explorada en la ciencia ficción, es el viaje a un universo paralelo. Si viajamos al pasado en un universo paralelo, aún tendríamos que ver qué pasa con la primera ley de la termodinámica, pero la entropía no sería un problema, y tampoco ocurriría ninguna paradoja porque no estamos afectando nuestro propio pasado, sino uno ajeno. La desventaja que tiene esto es que, a menos de que conozcamos la ruta exacta de un universo a otro, prácticamente sería imposible regresar a nuestra propia línea temporal.

Existen otras soluciones más, que involucran a la mecánica cuántica. Pero si la física relativista ya es de por sí un dolor de cabeza, meternos en quilombos cuánticos sólo aumentará innecesariamente la complejidad del artículo, y de todas formas no llegaremos a nada, por lo que pasaremos de ellas por ahora.

Las paradojas temporales

Existen diversas paradojas temporales relacionadas con los viajes en el tiempo, y aquí veremos las más conocidas.

La primera es la llamada «paradoja del abuelo», que consiste en que si viajo al pasado y mato a mi abuelo antes de que conociera a mi abuela, entonces mi padre o mi madre nunca nació, y por ende yo tampoco. Puesto que no nací, no viajé en el tiempo ni maté a mi abuelo, por ende mi padre o mi madre sí nació y entonces yo también. Puesto que sí nací, sí viajé en el tiempo y maté a mi abuelo, y así se repite el ciclo indefinidamente. Una parodia muy graciosa de esto se hace en la serie Futurama, en la que Fry mata a su abuelo, pero luego procrea con su abuela, y entonces él se vuelve su propio abuelo. Una variante de esta paradoja es la «paradoja de Hitler» [11].

Otro tipo de paradoja, que se aplica a los viajes al futuro, se conoce como «la paradoja de los gemelos». Imagina que tienes un hermano gemelo, tú viajas en una nave espacial a la velocidad de la luz durante unas horas, y tu gemelo se queda en la tierra. Cuando llegas, resulta que tu gemelo es más viejo que tú. El problema está en que esta paradoja se formuló cuando aún existía sólo la relatividad especial, y la lógica detrás de ella decía que eres tú, el viajero, quien debería haber envejecido más rápido, y no tu gemelo. Esta paradoja se solucionó rápidamente después de la publicación de la relatividad general.

También existe la «paradoja de la inexistencia de viajeros del tiempo», propuesta por Stephen Hawking, que dice que si fuera posible viajar al pasado, ya deberíamos estar llenos de «turistas del tiempo», cosa que no ocurre. Esta es una de las bases de la llamada «conjetura de protección de la cronología», en la que Hawking establece que las leyes de la física impiden el viaje en el tiempo en una escala mayor a la submicroscópica [12].

Conclusión: No podemos viajar al pasado, pero sí podemos verlo

Espero haberme explicado adecuadamente para que quede claro que el viaje al futuro es posible, aunque muy complicado, y el viaje al pasado no es posible. Sin embargo, todavía podemos consolarnos con algo fascinante.

Para viajar al pasado, simplemente tenemos que mirar a nuestro alrededor. Ya mencioné en mi entrada sobre los extraterrestres que el universo observable que nos rodea está a distancias —literalmente— astronómicas, de millones o hasta miles de millones de años. Si la luz de una estrella lejana tardó un millón de años en llegar hasta acá, entonces no estamos viendo a la estrella en su estado actual; estamos viendo como era hace un millón de años. De igual forma, tocará esperar un millón de años más para ver como era esa estrella en 2024.

Eso significa que realmente no sabemos el estado actual de nada de lo que nos rodea el universo; sólo sabemos como fue en el pasado. Entonces, cuando hace un año vimos una supernova en el espacio [13], en realidad presenciamos un evento verdaderamente histórico, que sucedió hace 21 millones de años, pero que nosotros pudimos ver en el 2023 de nuestra era.

Sólo hace falta que miremos al cielo para viajar al pasado, y que miremos al frente para viajar al futuro. Aunque no viajemos en el tiempo literalmente, sí tenemos una ventana que nos permite ver hasta miles de millones de años atrás. Es una oportunidad que nunca antes se le había presentado a nadie, y que nos recuerda no sólo al lugar en el que estamos, sino también al lugar de donde venimos.

Referencias

Escrito por una humana, NO por IA. Con licencia CC BY.