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¿Qué es el espacio y tiempo?

A menudo pensamos en el espacio como una simple extensión vacía en la que ocurren las cosas, y en el tiempo como un lapso interminable en el que todo transcurre. Pero si algo han aprendido los físicos durante el último siglo es que espacio y tiempo forman un solo sistema tan complejo como atractivo.

Astrónomo conectando el telescopio

Einstein, la teoría de la relatividad, los misteriosos agujeros negros y hasta viajes en el tiempo. Todos estos términos guardan relación con el concepto de espacio-tiempo, y nos han ayudado a entender mejor cómo funciona el universo, desde la perspectiva más amplia (por ejemplo, las galaxias) hasta la más pequeña (como los átomos).

La teoría de la relatividad y el espacio-tiempo

Relatividad, ¿qué es?… Aunque prácticamente todo el mundo ha oído hablar sobre Albert Einstein y la teoría de la relatividad general, el concepto puede resultar abstracto o confuso para muchas personas.

Principalmente, Einstein nos dice que la gravedad no es una fuerza, como aseguraba Isaac Newton, y que los fenómenos en los que parecía intervenir la ley gravitacional en realidad eran reacciones a la curvatura del espacio y tiempo.

Por ejemplo, si Newton afirmaba que una manzana cae desde un árbol hacia el suelo debido a la atracción gravitacional que existe entre el fruto y la Tierra, Einstein sostenía que ello ocurre porque la masa de la Tierra deforma el espacio y el tiempo a su alrededor, y la manzana solo sigue esa curvatura y cae hacia ella.

Conceptos como espacio, materia y tiempo, junto con energía, son claves en la relatividad de Einstein, pues nos ayudan a entender la naturaleza misma del universo.

Si bien las teorías de Newton y Einstein dan resultados similares en la mayoría de situaciones cotidianas, la relatividad general permite abordar manifestaciones más extremas, como la deformación de la luz al pasar cerca de un objeto masivo e inclusive se aplica en las teorías sobre origen del universo.

Propiedades y dimensiones del espacio

Desde la física, el espacio es concebido como una entidad con tres dimensiones (anchura, altura y profundidad). Sin embargo, la relatividad general de Einstein postula una cuarta dimensión, el tiempo.

En relación a sus propiedades, el espacio reúne ciertos elementos que nos ayudan a entender mejor su funcionamiento y las leyes que rigen al respecto. Entre las más importantes están:

  • Topología: Estudia diferentes fenómenos que se relacionan con la estructura causal del tiempo y espacio.
  • Homogeneidad: Sostiene que, en algunos espacios, podemos hallar grupos isométricos con dimensionalidades más reducidas.
  • Movimiento de las partículas: Indica que las partículas relativas al tiempo y espacio siguen una línea de longitud mínima dentro de un espacio curvado.

Partículas de polvo orgánico natural flotando sobre fondo negro

El tiempo en la física moderna

Según la teoría de la relatividad de Einstein, el tiempo que transcurre en un determinado periodo es relativo al observador. Es decir, dos acontecimientos pueden ocurrir de manera simultánea desde la visión de una persona, pero de forma distinta en la perspectiva de otra. Y ambos estarían en lo correcto.

Uno de los ejemplos más conocidos sobre el tiempo en la física moderna es el de un tren en movimiento. Si un observador ve que un rayo impacta sobre el primer vagón y el vagón final, mientras este se encuentra mirando el vagón central, puede decir que los dos sucesos ocurrieron a la vez.

Sin embargo, otro observador que está ubicado en la parte central del tren notará que la luz llega inicialmente al primer vagón, y unos instantes después al último vagón, debido a que el tren está en movimiento y la luz debe viajar una distancia mayor.

Como podemos ver, el tiempo en física cuántica se comporta de manera distinta a la que todos conocemos. Pero no solamente es relativo, pues la comunidad científica ya está dando los primeros pasos para demostrar que el tiempo puede ser reversible, aunque de momento esto solo es posible desde perspectivas muy específicas.

Agujeros negros y su relación con el espacio-tiempo

En las ecuaciones de Einstein también se describe una región del espacio-tiempo que hoy conocemos como agujero negro. A diferencia de otros elementos del universo, su campo gravitatorio es tan fuerte que ninguna partícula puede escapar de él. Ni siquiera los fotones o la propia luz.

La enorme masa de un agujero negro puede curvar el espacio-tiempo a su alrededor, creando una especie de pozo. Mientras más grande sea el agujero negro, más grande será la curvatura. Este fenómeno produce varios efectos, incluyendo la desviación de la luz, la dilatación del tiempo y la emisión de pequeñas cantidades de radiación, lo que se denomina “radiación de Hawking”.

Agujero negro

La importancia de estudiar astronomía y astrofísica

Para comprender mejor el universo, pero desde un punto de vista académico, carreras como la Maestría en Astrofísica y Astronomía resultan esenciales. Y es que no solo es una vía para obtener mejores nociones espacio temporales, sino también para experimentar directamente con instrumentación profesional.

Por otro lado, opciones como la Maestría en Computación Cuántica se están posicionando como una nueva tendencia a nivel informático, que consiste en usar los principios de la mecánica cuántica para realizar cálculos. De ese modo, cabe la posibilidad de realizar simulaciones de gravedad, crear nuevos sistemas de criptografía, entre otros avances prometedores.

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