¿Cómo construir una máquina del tiempo? por Stephen Hawking

Les traemos nuestra traducción al español de este interesante artículo escrito por el científico astrofísico Stephen Hawking para hacernos entender en palabras sencillas el ¿cómo se podría construir una máquina del tiempo? Una lectura impelable para todos los amantes de la ciencia y el universo.

STHEPHEN HAWKING: ¿Cómo construir una máquina del tiempo?

Hola. Mi nombre es Stephen Hawking. Físico, cosmólogo y algo similar a un soñador. A pesar de que no me pueda mover y que tengo que hablar a través de un computador, en mi mente yo soy libre, libre para explorar el universo y hacer grandes preguntas, tales como: ¿es posible viajar en el tiempo?, ¿nosotros podemos abrir un portal hacia el pasado o encontrar un atajo hacia el futuro?, ¿podemos al final usar las leyes de la naturaleza para convertirnos en maestros del tiempo mismo?.

El viaje en el tiempo fue alguna vez considerado una herejía científica, yo solía evitar hablar de esto por miedo a ser etiquetado como excéntrico, pero en estos días no soy tan cauteloso, de hecho, yo soy más como las personas que construyeron Stonehenge, estoy obsesionado por el tiempo, si yo tuviese una máquina del tiempo, visitaría a Marilyn Monroe en su mejor momento o me quedaría con Galileo mientras giraba su telescopio hacia los cielos, tal vez incluso viajaría hasta el fin del universo para descubrir cómo termina toda nuestra historia cósmica.

Para ver cómo esto podría ser posible, nosotros tenemos que mirar el tiempo como lo hacen los físicos, en la cuarta dimensión, esto no es tan difícil como parece, todos los alumnos atentos saben que todos los objetos físicos, inclusive yo en mi silla, existen en tres dimensiones, todo tiene un ancho, una altura y una longitud.

Pero hay otro tipo de longitud, una longitud en el tiempo. Mientras que un ser humano puede sobrevivir durante 80 años, las piedras en Stonehenge, por ejemplo, han existido por miles de años; y el sistema solar durará por miles de millones de años. Todo tiene un largo en el tiempo así como en el espacio, viajar en el tiempo significa viajar a través de esta cuarta dimensión.

Para ver lo que eso significa, vamos a imaginar que estamos haciendo un viaje normal y cotidiano en automóvil. Conduzca en línea recta y usted está viajando en una dimensión, gire a la derecha o izquierda y usted agrega la segunda dimensión, conduzca hacia arriba o hacia abajo por una carretera serpenteante de montaña y eso le agrega altura, entonces eso es viajar en las tres dimensiones, pero, ¿cómo demonios viajamos en el tiempo?, ¿cómo encontramos un camino a través de la cuarta dimensión?.

Permitamos un poco de ciencia ficción por un momento. Las películas de viajes en el tiempo a menudo presentan una gran máquina que está hambrienta de energía. La máquina crea un camino a través de la cuarta dimensión, un túnel a través del tiempo. Un viajero del tiempo, un individuo valiente, quizás temerario, preparado para quién sabe qué, entra en el túnel del tiempo y emerge quién sabe cuándo. El concepto puede ser descabellado, y la realidad puede ser muy diferente de esto, pero la idea en sí misma no es tan loca.

Los físicos también han estado pensando en los túneles a lo largo del tiempo, pero llegamos desde un ángulo diferente. Nos preguntamos si los portales al pasado o al futuro podrían ser posibles dentro de las leyes de la naturaleza, como resultado, creemos que lo son, lo que es más, nosotros incluso les hemos dado un nombre: agujeros de gusano. La verdad es que los agujeros de gusano están a nuestro alrededor, sólo que son demasiado pequeños para verlos. Los agujeros de gusano son muy pequeños, ocurren en rincones y grietas en el espacio y el tiempo, a ti puede que te parezca un concepto difícil, pero quédate conmigo.

Un agujero de gusano es un “túnel” teórico o atajo, predicho por la teoría de la relatividad de Einstein, que vincula dos lugares en el espacio-tiempo, visualizados arriba como los contornos de un mapa 3-D, donde la energía negativa arrastra espacio y tiempo a la boca de un túnel, surgiendo en otro universo. Siguen siendo sólo hipotéticos, debido que obviamente nadie ha visto ninguno, pero se han utilizado en películas como conductos para el viaje en el tiempo – en Stargate (1994), por ejemplo, que involucra túneles cerrados entre universos, y en Time Bandits (1981), donde las ubicaciones se muestran en un mapa celestial.

Nada es liso o macizo. Si miras lo suficientemente cerca a cualquier cosa, encontrarás agujeros y arrugas en eso, es un principio físico básico, e incluso se aplica al tiempo. Inclusive algo tan liso como una bola de billar tiene pequeñas grietas, arrugas y huecos. Ahora es fácil demostrar que esto es cierto en las tres primeras dimensiones, pero confía en mí, también es cierto de la cuarta dimensión, hay pequeñas grietas, arrugas y huecos en el tiempo. Abajo en las escalas más pequeñas, incluso más pequeñas que las moléculas, más pequeñas que los átomos, llegamos a un lugar llamado espuma cuántica, aquí es donde existen los agujeros de gusano, pequeños túneles o atajos a través del espacio y el tiempo, se forman, desaparecen y se reforman constantemente dentro de este mundo cuántico, y ellos en realidad vinculan dos lugares separados y dos tiempos distintos.

Desafortunadamente, estos túneles de la vida real son tan sólo mil millones trillonésimas de billón de un centímetro de diámetro, demasiado pequeño para que pase un humano, pero por aquí es donde se está dirigiendo la noción de máquinas del tiempo del agujero de gusano, algunos científicos piensan que podría ser posible capturar un agujero de gusano y agrandarlo trillones de veces para que sea lo suficientemente grande para que entre un humano o inclusive una nave espacial.

Dado el poder suficiente y la tecnología avanzada, quizás un agujero de gusano gigante podría incluso construirse en el espacio, yo no digo que se pueda hacer, pero si se pudiera, sería un dispositivo realmente extraordinario, un extremo podría estar aquí cerca de la Tierra, y el otro muy, muy lejos, cerca de algún planeta distante.

Teóricamente, un túnel del tiempo o un agujero de gusano podrían hacer incluso más que llevarnos a otros planetas, si ambos extremos estuvieran en el mismo lugar y separados por el tiempo en vez de la distancia, una nave podría volar y salir aún cerca de la Tierra, pero en el pasado distante. Tal vez los dinosaurios serían testigos del arribo de la nave.

El vehículo tripulado más rápido en la historia fue el Apolo 10, llegó a 25.000 mph, pero para viajar en el tiempo, tendremos que ir al menos 2,000 veces más rápido.

Ahora, me doy cuenta de que pensar en cuatro dimensiones no es fácil, y que los agujeros de gusano son un concepto difícil de entender, pero aguanta ahí, he pensado en un experimento simple que podría revelar si el viaje en el tiempo humano a través de un agujero de gusano es posible ahora, o inclusive en el futuro. Me gustan los experimentos simples y el champán.

Así que he combinado dos de mis cosas favoritas para ver si es posible viajar en el tiempo desde el futuro al pasado.

Imaginemos que estoy organizando una fiesta, una recepción de bienvenida para los viajeros del tiempo del futuro, pero hay un giro, yo no permitiré que nadie lo sepa hasta que haya terminado la fiesta, he elaborado una invitación con las coordenadas exactas en tiempo y espacio; espero que haya copias de eso, de una forma u otra, estará alrededor durante muchos miles de años, tal vez algún día alguien que viva en el futuro encuentre la información en la invitación y use un agujero de gusano como máquina del tiempo para regresar a mi fiesta, demostrando que el viaje en el tiempo, un día, será posible.

Mientras tanto, mis invitados viajeros del tiempo deberían llegar en cualquier momento; cinco, cuatro, tres, dos, uno, pero cuando digo esto, nadie ha llegado, que lástima, esperaba que al menos una futura Miss Universo fuera a cruzar la puerta; entonces, ¿por qué el experimento no funcionó?, una de las razones podría ser debido a un problema bien conocido con el viaje en el tiempo al pasado, el problema de lo que llamamos paradojas.

Las paradojas son divertidas de pensar, la más famosa se llama generalmente la paradoja del Abuelo, tengo una versión nueva y más simple que llamo la paradoja del Científico Loco.

No me gusta la forma en que los científicos en las películas a menudo se describen como locos, pero en este caso, es verdad, este tipo está decidido a crear una paradoja, incluso si le cuesta la vida. Imagina, de alguna manera, que ha construido un agujero de gusano, un túnel del tiempo que se extiende sólo un minuto en el pasado.

Hawking en una escena de Star Trek con invitados a cenar del pasado y futuro: (desde la izquierda) Albert Einstein, Data e Isaac Newton.

A través del agujero de gusano, el científico puede verse a sí mismo tal como era hace un minuto, pero, ¿qué pasa si nuestro científico utiliza el agujero de gusano para disparar una bala a su yo anterior?, él ahora está muerto; entonces, ¿quién disparó?, es una paradoja, simplemente no tiene sentido, es el tipo de situación que les da pesadillas a los cosmólogos.

Este tipo de máquina del tiempo violaría una regla fundamental que gobierna el universo entero: las causas ocurren antes que los efectos, y nunca al revés. Creo que las cosas no pueden hacerse imposibles a sí mismas, si pudieran, entonces no habría nada que impidiera que todo el universo cayera en el caos, yo pienso que siempre algo va a pasar que evite la paradoja, de alguna manera debe haber una razón por la cual nuestro científico nunca se encontrará en una situación en la que pueda pegarse un tiro, y en este caso, lamento decir que el agujero de gusano en sí es el problema.

Al final, creo que un agujero de gusano como este no puede existir, y la razón de eso es el feedback, si alguna vez has estado en un concierto de rock, probablemente reconocerás este ruido chirriante, esto es feedback, lo que lo causa es simple, el sonido entra al micrófono, se transmite a lo largo de los cables, se hace más fuerte por el amplificador y sale por los altavoces, pero si una gran parte del sonido de los parlantes vuelve al micrófono, da vueltas y vueltas en un bucle cada vez más fuerte; si nadie lo detiene, el feedback puede destruir el sistema de sonido.

Lo mismo sucederá con un agujero de gusano, sólo que con radiación en vez de sonido, tan pronto como el agujero de gusano se expanda, la radiación natural ingresará y terminará en un bucle, la respuesta será tan fuerte que destruirá el agujero de gusano, entonces, aunque existen pequeños agujeros de gusano, y pueda ser posible inflar uno algún día, no durará lo suficiente como para usarlo como una máquina del tiempo; esa es la verdadera razón por la que nadie podría regresar a tiempo a mi fiesta.

Cualquier tipo de viaje en el tiempo al pasado a través de agujeros de gusano o cualquier otro método son probablemente imposibles, de lo contrario se producirían paradojas. Tristemente, parece ser que el viaje en el tiempo hacia el pasado nunca va a suceder, una desilusión para los cazadores de dinosaurios y un alivio para los historiadores.

Pero la historia no ha terminado todavía, esto no hace que todos los viajes en el tiempo sean imposibles, yo sí creo en el viaje en el tiempo, el viaje en el tiempo hacia el futuro, el tiempo fluye como un río y parece que cada uno de nosotros es llevado implacablemente por la corriente del tiempo, pero el tiempo es como un río de otra manera, fluye a diferentes velocidades en diferentes lugares y esa es la clave para viajar hacia el futuro, esta idea fue propuesta por primera vez por Albert Einstein hace más de 100 años, se dio cuenta de que debería haber lugares donde el tiempo se ralentiza, y otros donde el tiempo se acelera, él tenía toda la razón, y la prueba está justo encima de nuestras cabezas, arriba en el espacio.

Este es el Sistema de Posicionamiento Global, o GPS, una red de satélites está en órbita alrededor de la Tierra, los satélites hacen posible la navegación por satélite, pero también revelan que el tiempo corre más rápido en el espacio que en la Tierra; dentro de cada nave espacial hay un reloj muy preciso, pero a pesar de ser tan precisos, todos ganan alrededor de un tercio de una milmillonésima de segundo cada día, el sistema tiene que corregir el desvío, de lo contrario, esa pequeña diferencia alteraría todo el sistema, haciendo que cada dispositivo GPS en la Tierra se apague unas seis millas por día, puedes imaginar el caos que eso causaría.

El problema no está en los relojes, ellos corren rápido porque el tiempo mismo corre más rápido en el espacio que abajo, y la razón de este efecto extraordinario es la masa de la Tierra, Einstein se dio cuenta de que la materia arrastra el tiempo y la ralentiza como la parte lenta de un río, cuanto más pesado es el objeto, más demora el tiempo, y esta sorprendente realidad es lo que abre la puerta a la posibilidad de viajar en el tiempo hacia el futuro.

Justo en el centro de la Vía Láctea, a 26.000 años luz de nosotros, yace el objeto más pesado de la galaxia, es un agujero negro supermasivo que contiene la masa de cuatro millones de soles aplastados en un solo punto por su propia gravedad. Cuanto más te acercas al agujero negro, más fuerte es la gravedad, acércate mucho y ni siquiera la luz puede escapar. Un agujero negro como este tiene un efecto dramático en el tiempo, ralentizándolo mucho más que cualquier otra cosa en la galaxia, eso lo convierte en una máquina del tiempo natural.

Me gusta imaginar como una nave espacial podría aprovechar este fenómeno, orbitando. Si una agencia espacial controlara la misión desde la Tierra, observarían que cada órbita completa tardaba 16 minutos, pero para los valientes a bordo que están cerca de este objeto masivo, el tiempo se ralentizaría, y aquí el efecto sería mucho más extremo que la atracción gravitatoria de la Tierra. El tiempo de la tripulación se reduciría a la mitad, por cada órbita de 16 minutos, sólo experimentarían ocho minutos de tiempo.

Dentro del Gran Colisionador de Hadrones.

Cerca, alrededor iban experimentando la mitad del tiempo de todos los que estaban lejos del agujero negro. La nave y su tripulación viajarían a través del tiempo. Imagina que rodearon el agujero negro durante cinco de sus años, diez años pasarían en otro lado, cuando llegaron a casa, todos en la Tierra habrían envejecido cinco años más de los que tenían.

Entonces, un agujero negro supermasivo es una máquina del tiempo, pero por supuesto, no es exactamente práctico, tiene ventajas sobre los agujeros de gusano debido que no provoca paradojas, además, no se destruirá a sí mismo en un destello de feedback, pero es bastante peligroso, está muy lejos y ni siquiera nos lleva muy lejos en el futuro, afortunadamente, hay otra forma de viajar en el tiempo, y esto representa nuestra última y mejor esperanza de construir una máquina del tiempo real.

Sólo tienes que viajar muy, muy rápido, mucho más rápido incluso que la velocidad requerida para evitar ser absorbido por un agujero negro; esto se debe a otro hecho extraño sobre el universo, hay un límite de velocidad cósmica, 186.000 millas por segundo, también conocido como la velocidad de la luz, nada puede exceder esa velocidad, es uno de los principios mejor establecidos en la ciencia, lo creas o no, viajar cerca de la velocidad de la luz te transporta al futuro.

Para explicar el por qué, imaginemos un sistema de transporte de ciencia ficción, imagina una pista que recorre la Tierra, una pista para un tren súper rápido. Vamos a utilizar este tren imaginario para acercarnos lo más posible a la velocidad de la luz y ver cómo se convierte en una máquina del tiempo. A bordo hay pasajeros con un boleto de ida sin retorno al futuro, el tren comienza a acelerar, va más y más rápido, pronto está dando vueltas alrededor de la Tierra una y otra vez.

Acercarse a la velocidad de la luz significa rodear la Tierra bastante rápido, siete veces por segundo, pero no importa cuánto poder tenga el tren, nunca podrá alcanzar la velocidad de la luz, debido que las leyes de la física lo prohíben, en cambio, digamos que se acerca, apenas por debajo de esa velocidad máxima, ahora sucede algo extraordinario, el tiempo comienza a fluir lentamente a bordo en relación con el resto del mundo, al igual que cerca del agujero negro, sólo que más; todo en el tren está en cámara lenta.

Esto sucede para proteger el límite de velocidad, y no es difícil ver el por qué, imagina a una niña corriendo dentro del tren, su velocidad de avance se agrega a la velocidad del tren, así que, ¿no podría ella romper el límite de velocidad simplemente por accidente?, la respuesta es no, las leyes de la naturaleza evitan la posibilidad al ralentizar el tiempo a bordo.

Ahora ella no puede correr lo suficientemente rápido como para romper el límite, el tiempo siempre se ralentizará lo suficiente como para proteger el límite de velocidad, y de ese hecho surge la posibilidad de viajar muchos años hacia el futuro.

Imagínese que el tren salió de la estación el 1 de enero de 2.050, circula la Tierra una y otra vez durante 100 años antes de detenerse por fin en el Día de Año Nuevo, 2.150, los pasajeros sólo habrán vivido una semana porque el tiempo se ralentiza mucho dentro del tren, cuando salieran, encontrarían un mundo muy diferente al que habían dejado, en una semana habrían viajado 100 años en el futuro, por supuesto, construir un tren que pueda alcanzar tal velocidad es completamente imposible, pero hemos construido algo muy parecido al tren en el acelerador de partículas más grande del mundo en el CERN en Ginebra, Suiza.

Profundo, bajo tierra, en un túnel circular de 16 millas de largo, hay una corriente de trillones de partículas diminutas, cuando se enciende la máquina, aceleran de cero a 60.000 mph en una fracción de segundo, aumente la potencia y las partículas van más y más rápido, hasta que giren alrededor del túnel 11.000 veces por segundo, que es casi la velocidad de la luz, pero al igual que el tren, nunca alcanzan la velocidad máxima, sólo pueden llegar al 99.99 por ciento del límite, cuando eso sucede, ellos también comienzan a viajar en el tiempo, sabemos esto debido a algunas partículas extremadamente efímeras, llamadas pi-mesones, por lo general, se desintegran después de sólo 25 mil millonésimas de segundo, pero cuando se aceleran a una velocidad cercana a la de la luz, ellos duran 30 veces más.

Es realmente así de simple, si queremos viajar al futuro, sólo necesitamos ir rápido, realmente rápido, y creo que la única forma en que probablemente lo hagamos es yendo al espacio. El vehículo tripulado más rápido en la historia fue el Apolo 10, llegó a 25.000 mph, pero para viajar en el tiempo, tendremos que ir al menos 2.000 veces más rápido, y para hacer eso necesitaríamos una nave mucho más grande, una máquina realmente enorme, la nave debería ser lo suficientemente grande como para llevar una gran cantidad de combustible, lo suficiente como para acelerarlo a casi la velocidad de la luz, llegar justo por debajo del límite de velocidad cósmica requeriría seis años enteros a plena potencia.

La aceleración inicial sería suave porque la nave sería muy grande y pesada, pero gradualmente tomaría velocidad y pronto cubriría distancias masivas, en una semana habría alcanzado los planetas exteriores, después de dos años, alcanzaría la mitad de la velocidad de la luz y estaría lejos de nuestro sistema solar, dos años más tarde viajaría al 90 por ciento de la velocidad de la luz, alrededor de unos 30 billones de millas de la Tierra, y cuatro años después del lanzamiento, la nave comenzaría a viajar en el tiempo, por cada hora de tiempo en la nave, dos pasarían en la Tierra, una situación similar a la nave espacial que orbitaba el enorme agujero negro.

Después de otros dos años de pleno empuje, la nave alcanzaría su velocidad máxima, el 99 por ciento de la velocidad de la luz, a esta velocidad, un solo día a bordo es un año completo de tiempo de la Tierra. Nuestra nave realmente volaría hacia el futuro.

La ralentización del tiempo tiene otro beneficio, significa que podríamos, en teoría, viajar distancias extraordinarias dentro de una vida útil. Un viaje al borde de la galaxia tomaría sólo 80 años, pero la verdadera maravilla de nuestro viaje es que revela cuán extraño es el universo, es un universo donde el tiempo corre a diferentes velocidades en diferentes lugares, donde existen pequeños agujeros de gusano a nuestro alrededor, y dónde, en última instancia, podríamos utilizar nuestra comprensión de la física para convertirnos en verdaderos viajeros a través de la cuarta dimensión.

Traducción del artículo original de Stephen Hawking: ¿Cómo construir una máquina del tiempo?