Como (casi) cada semana, una nueva redacción para la clase de cosmología, esta vez extraída de las conferencias sobre el Tiempo a las que asistí el 19 y 20 de noviembre. Ahí va:

EL TIEMPO

Normalmente, se suele afirmar que el universo consta de cuatro dimensiones: tres espaciales y una temporal. Sin embargo, todos somos conscientes de que la dimensión temporal es de una naturaleza totalmente distinta de las dimensiones espaciales: no podemos movernos a nuestro antojo por la dimensión temporal como lo podemos hacer con las dimensiones espaciales; estamos “atados” al flujo del tiempo y no podemos alterarlo (por lo menos no con facilidad). Por tanto, la preguntas a realizarse serían: ¿qué es el tiempo? ¿cuál es su naturaleza? ¿Cómo percibimos el tiempo? ¿Podemos alterar el flujo del tiempo y movernos a través de él tal y como lo hacemos con el resto de dimensiones de nuestro universo?


El tiempo físico

A lo larga de la historia, ha habido distintas concepciones en el mundo de la ciencia acerca de la naturaleza del tiempo:

Aristóteles planteaba el tiempo como un marco en el que se encuadra el movimiento y que permite efectuar una ordenación entre sucesos, permitiendo distinguir entre pasado (lo que ha sido), presente (lo que es) y futuro (lo que todavía no es).

Siguiendo la línea marcada por Aristóteles, Newton planteó el tiempo como un absoluto cuyo flujo era constante y común a todos los puntos del universo: el tiempo lo marca un reloj universal cuyo tic-tac es idéntico para todos. Utilizando los postulados de Newton, se obtuvieron enormes éxitos en la física, tales como por ejemplo la predicción de la existencia de Ceres, efectuada por el genial matemático Gauss. Estos logros llevaron a la concepción de un universo mecanicista y determinista, como reflejan las palabras de Laplace:

Podemos mirar el estado presente del universo como el efecto del pasado y la causa de su futuro. Se podría condensar un intelecto que en cualquier momento dado sabría todas las fuerzas que animan la naturaleza y las posiciones de los seres que la componen, si este intelecto fuera lo suficientemente vasto para someter los datos al análisis, podría condensar en una simple fórmula de movimiento de los grandes cuerpos del universo y del átomo más ligero; para tal intelecto nada podría ser incierto y el futuro así como el pasado estarían frente sus ojos

A pesar de los numerosos éxitos que conllevó la adopción de la concepción newtoniana del tiempo, algunos físicos no terminaban de aceptar estos planteamientos como Maxwell y Boltzmann, que planteaban la irreversibilidad del tiempo (esto es, el tiempo sólo fluye en un sentido) apoyándose para ello en la termodinámica.

La revolución llegó con Einstein: su teoría Especial de la Relatividad estable que el tiempo no es absoluto, sino que su paso se ralentiza conforme nos movemos con mayor velocidad.

El tiempo psicológico

Otra de las preguntas que nos planteábamos era cómo percibimos los seres humanos el tiempo. A diferencia del resto de percepciones (vista, tacto, sonido, temperatura, etc.), no hay un receptor que “perciba” el tiempo; por tanto, cabe deducir que es el cerebro el encargado de aportarnos la percepción del tiempo. Sin embargo, todavía no está claro qué estructuras cerebrales son las encargadas de la percepción del tiempo. Lo que si se conoce es que se produce un umbral de la estimulación de 3s, que está relacionado con la reorganización de las neuronas del hipocampo que tiene lugar cada tres segundos; este fenómeno está relacionado con la presencia de “bucles perceptivos” en algunas ilusiones ópticas o auditivas.

Una de las principales características de la percepción del tiempo por parte de los seres humanos, es que este no transcurre de forma constante; es decir, podemos percibir tiempos iguales como tiempos de distinta duración: nos parece más corta una película de dos horas que nos encanta que otra de hora y media que detestamos. La percepción del tiempo puede ser alterado por dos tipo de factores: internos y externos. Veámoslos de forma más extensa:

  1. Factores Internos: la percepción del tiempo se puede ver alterada por distintas causas, que pueden ser producidas por enfermedades (como algunos tipos de esquizofrenia o distintas alteraciones psíquicas)
  2. Factores Externos:
  • Número de cambios percibidos en el entorno: a mayor número de cambios mayor es la “velocidad” percibida del tiempo. Sería la explicación de porqué cuando estamos viviendo un montón de experiencias nuevas con muchos cambios (unas vacaciones o un trabajo nuevo) el tiempo “vuela” y cuando tenemos una semana aburrida el tiempo parece que se detiene. Sin embargo, cuando recordamos estos eventos se produce la sensación inversa a la anteriormente descrita: somos capaces de recordar todos los detalles del viaje y tenemos una sensación de que todo pasó lentamente y por el contrario en la semana aburrida somos incapaces de recordar apenas nada y la sensación es que el tiempo voló.
  • Sustancias que alteran la actividad cerebral: cocaína, LSD, THC (marihuana), etc.

Cabe señalar que la percepción humana se encuentra relacionada con el número de cambios percibidos en el entorno: a mayor número de cambios mayor es la “velocidad” percibida del tiempo. Sería la explicación de porqué cuando estamos viviendo un montón de experiencias nuevas con muchos cambios (unas vacaciones o un trabajo nuevo) el tiempo “vuela” y cuando tenemos una semana aburrida el tiempo parece que se detiene. Sin embargo, cuando recordamos estos eventos se produce la sensación inversa a la anteriormente descrita: somos capaces de recordar todos los detalles del viaje y tenemos una sensación de que todo pasó lentamente y por el contrario en la semana aburrida somos incapaces de recordar apenas nada y la sensación es que el tiempo voló.

Se piensa que la percepción del tiempo está dividida en distintas categorías en función de la duración del estímulo y que cada categoría tendría una estructura asociada en el cerebro:

  • Microsengundos, como por ejemplo la localización de una fuente de sonido; el control de estos procesos (el reloj que controla estos procesos) viene dado por la propia estructura encargada de la percepción.
  • Milisegundos, como la discriminación de la vocalización, la percepción visual y los movimientos finos. En este caso también se cree que todo el proceso está controlado por el reloj estructural, como en el punto anterior.
  • Segundos, como la respiración o los movimientos coordinados. Para este caso, el control temporal reside en el núcleo estriado y en el cerebelo.
  • Ritmos circadianos: como el ciclo del sueño o la regulación hormonal. El control se realiza en el núcleo supraquiasmático y está regulada por la luz solar.
  • Días-meses-años: en este caso estamos hablando del tiempo subjetivo que está controlada por el lóbulo prefrontal.

[UPDATE] Muy relacionado con esta conferencia  el programa de redes del domingo pasado

Viajes en el tiempo

¿Es posible viajar en el tiempo? ¿existe la posibilidad de que nos desplacemos por el tiempo tal y como lo hacemos en el resto de dimensiones? Esta preguntas siguen abiertas y son tema de discusión apasionada entre los físicos. Uno de los métodos propuestos por los físicos actuales es la utilización de un agujero negro de gusano para viajar por el tiempo.

Uno de los temas más interesantes cuando se estudia la posibilidad del viaje en el tiempo son las posibles paradojas que compartaría un hipotético viaje temporal. Algunas de las posibles paradojas serían:

  • Paradoja del abuelo: si viajo en el tiempo al pasado y asesino a mi abuelo ¿cómo puedo, entonces, existir?
  • Paradoja de la vacuna: si viajo al futuro y traigo de éste una vacuna para una enfermedad: ¿quién es entonces el inventor de la vacuna?
  • Paradoja de la ley de la conservación de la energía: si «algo» viaja en el tiempo, la energía y/o materia de ese «algo» desaparecería de su tiempo y aparecería en otro distinto; dicho de otra forma, si trasladamos un protón (por ejemplo) de un instante t a otro t+k en el instante t+1 en el universo habría un protón menos y en el t+k+1 habría un protón “de más”.

En el fondo de estas paradojas se encuentra en la relación de causalidad: el estado del universo en un instante dado está determinado por todos los anteriores; un viaje en el tiempo podría cambiar todo esto rompiendo con una de la supuestamente leyes fundamentales del universo. Sin embargo, existen diversas hipótesis que permitirían evadir las anteriores paradojas:

  • Conjetura de protección de la cronología: enunciada por Hawking, establece que el universo siempre encontrará un modo de impedir estas paradojas.
  • También se ha sugerido que al viajar al pasado estaríamos “creando” un universo paralelo y no viajaríamos a un pasado determinado sino a una copia de éste pero con una diferencia: un turista espacial.