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El tiempo es una de nuestras mayores obsesiones (quizá la mayor). Unas veces parece pasar muy despacio, como cuando esperamos en la cola del supermercado o a que llegue nuestro turno en el médico y, en otras ocasiones, parece pasar volando cuando estamos absortos en una buena charla o con nuestra persona favorita.
Sin embargo, más allá de nuestra percepción psicológica, el tiempo físico también se deforma. Según la teoría de la relatividad de Albert Einstein, formulada a principios del siglo XX, los relojes marcan el tiempo más lentamente cuanto más rápido viajan o más cerca están de una masa gravitatoria masiva.
Si bien es una realidad empírica, la naturaleza de esta dilatación temporal ha generado numerosos (y un tanto acalorados) debates desde 1905. ¿Es un cambio físico real en los átomos de un reloj, o es simplemente un efecto de la perspectiva del observador? La física croata Karmela Padavic-Callaghan ha explorado recientemente esta paradoja, dándole la razón a Einstein, quien «pensaba que la dilatación del tiempo era real y a la vez irreal». Como ella misma confiesa al enfrentarse a este rompecabezas «siendo estudiante de física moderna, no me sorprende necesariamente este duelo un tanto frustrante entre las palabras ‘aparente’ y ‘real'».
El tiempo no es absoluto: la genialidad de Einstein
Antes de Einstein, el universo se regía por las leyes de Newton, donde el tiempo era un telón de fondo absoluto e inmutable. Un segundo en la Tierra era exactamente igual a un segundo en el rincón más alejado del cosmos. Sin embargo, Einstein, basándose en las ecuaciones del electromagnetismo del científico británico James Clerk Maxwell, se dio cuenta de que la velocidad de la luz en el vacío (unos 300.000 km/s) es siempre constante, independientemente de lo rápido que se mueva el observador. Si la velocidad de la luz no cambia, algo más tiene que pasar, o más bien, ceder. Y ese «algo» es el espacio-tiempo.
Imagina un reloj de luz: dos espejos paralelos donde un fotón rebota de arriba a abajo. Si ese reloj viaja en una nave espacial a velocidades cercanas a la de la luz, un observador en la Tierra verá que el fotón tiene que trazar una línea diagonal (más larga) para alcanzar el espejo en movimiento. Como la luz no puede acelerar para cubrir esa distancia extra, el tiempo debe ralentizarse.
Para el viajero, el tiempo pasa más despacio que para su amigo que se ha quedado en la Tierra. Es el mismo ejemplo que pondríamos en un enorme rascacielos: el tiempo transcurre más rápido en la planta alta de un rascacielos que en la planta baja, porque la gravedad de la Tierra es ligeramente más intensa en la base del edificio (al estar más cerca del centro del planeta). Del mismo modo, un reloj situado a menor altitud, como ocurre al nivel del mar, transcurre ligeramente más despacio que otro ubicado a mayor altura, por ejemplo, en la cima de una gran montaña.
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¿Real o aparente? El debate histórico con Johannes Stark
Si el tiempo se ralentiza para el viajero, ¿están cambiando físicamente los átomos de su cuerpo y de su reloj? En 1906, Einstein debatió precisamente esto con el físico Johannes Stark quien estudiaba átomos cargados que se movían rápidamente y pensaba que, al moverse, algo dentro del propio átomo cambiaba físicamente. Einstein lo rechazó de plano. Postuló que los átomos siguen siendo exactamente los mismos y que su funcionamiento interno no se ve afectado por el movimiento. La dilatación del tiempo era la única explicación.
Tal y como reflexiona Padavic-Callaghan sobre este choque histórico entre física y filosofía: «Debajo de la espinosa cuestión de si la dilatación del tiempo es real se esconde otra, aún más espinosa y filosófica: ¿qué significa ser real?».
Relojes, naves espaciales y la prueba del GPS
A pesar de las dudas filosóficas de sus contemporáneos, la dilatación del tiempo es innegablemente real en sus efectos prácticos. Y no necesitamos viajar a la velocidad de la luz para comprobarlo.
El ejemplo más claro lo llevamos en el bolsillo. Los satélites del sistema GPS orbitan la Tierra a unos 14.000 km/h. Debido a su velocidad (relatividad especial), sus relojes atómicos se retrasan unos 7 microsegundos al día respecto a los de la Tierra. Al mismo tiempo, al estar más lejos de la gravedad terrestre, se adelantan unos 45 microsegundos. Si los ingenieros no corrigieran esta diferencia neta de 38 microsegundos diarios, nuestros sistemas de navegación fallarían por kilómetros en cuestión de horas.
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Los astronautas a bordo de la ISS, por ejemplo, envejecen un poco menos que las personas en la Tierra debido a sus altas velocidades y a los efectos de la dilatación del tiempo.
Entonces, ¿tenía razón Einstein al decir que no cambia nada en el átomo, pero el tiempo sí se dilata? Absolutamente. La dilatación del tiempo es «irreal» en el sentido de que no altera la maquinaria interna de la materia, pero es tremendamente «real» porque sus efectos son medibles y universales. Al final, el universo nos demuestra que la realidad no es blanca o negra, y que nuestra intuición cotidiana no sirve para explicar el cosmos.
Padavic-Callaghan lo resume a la perfección trazando un paralelismo con el mundo subatómico: «La teoría cuántica, que rige todas las cosas diminutas y frías, me enseñó que no siempre puedo esperar que una sola cosa sobre un objeto sea inequívocamente cierta a la vez… La relatividad especial puede estar enseñándome una lección similar sobre el tiempo».