Divulgación Relatividad del tiempo y origen del universo

[VICTOR R S]

DILATACIÓN DEL TIEMPO POR VELOCIDAD

Un hombre viaja por el espacio a muy alta velocidad. El tiempo se ralentiza para él, mientras que en la Tierra pasa más deprisa. Al cabo de un gran intervalo de tiempo en la Tierra, el viajero decide regresar. Para él ha pasado poco tiempo, pero en la Tierra ha pasado mucho. Se pone a calcular la edad del Universo, (y puesto que él forma parte del mismo), ¿le sale un Universo más joven que para el resto de la Tierra?.

DILATACIÓN GRAVITACIONAL DEL TIEMPO

Dos planetas, uno mucho más masivo que el otro. Según la dilatación gravitacional del tiempo, en el planeta más masivo el tiempo pasa más despacio. Si calculáramos la edad del Universo desde cada uno de los dos planetas, ¿nos saldrían edades diferentes?.

Un saludo a todos.

[Jaime Rudas]

Re: Relatividad del tiempo y origen del universo

DILATACIÓN DEL TIEMPO POR VELOCIDAD

Un hombre viaja por el espacio a muy alta velocidad. El tiempo se ralentiza para él, mientras que en la Tierra pasa más deprisa. Al cabo de un gran intervalo de tiempo en la Tierra, el viajero decide regresar. Para él ha pasado poco tiempo, pero en la Tierra ha pasado mucho. Se pone a calcular la edad del Universo, (y puesto que él forma parte del mismo), ¿le sale un Universo más joven que para el resto de la Tierra?.

Opino que no porque la edad del universo se calcula para un sistema de referencia en reposo con respecto a la homogeneidad del universo y no con respecto al sistema de referencia de quien la mide.

DILATACIÓN GRAVITACIONAL DEL TIEMPO

Dos planetas, uno mucho más masivo que el otro. Según la dilatación gravitacional del tiempo, en el planeta más masivo el tiempo pasa más despacio. Si calculáramos la edad del Universo desde cada uno de los dos planetas, ¿nos saldrían edades diferentes?.

Otra vez, opino que no, porque la edad del universo se calcula para un universo homogéneo, o sea, con la misma densidad en todos sus puntos. Quién calcule la edad del universo en un planeta muy masivo tendrá que tener en cuenta esto y realizar la respectiva corrección.

[VICTOR R S]

Re: Relatividad del tiempo y origen del universo

Hola. No hay sistema de referencia en reposo con respecto al universo, y el universo no es homogéneo. La relatividad establece tiempos distintos para situaciones distintas de velocidad o gravedad. Independientemente de los cálculos. Lo verdaderamente significativo es que si el viajero ha sufrido una dilatación del tiempo y por eso no envejece tanto como las personas de la Tierra, entonces el universo también(pues contiene al viajero), y tendría dos edades, la de la Tierra y la correspondiente al viajero. Y eso es imposible. Un saludo

[Richard R Richard]

Re: Relatividad del tiempo y origen del universo

Victor las mediciones de tiempos que obtienes, en dos sistemas de referencias distintos, son comparables solo si conviertes la medida de un sistema al otro, mediante las transformaciones de Lorentz para la primera cita y con las ecuaciones de Einstein de la relatividad general en la segunda. Hecho esto los tiempos deben ser iguales.

Hola. No hay sistema de referencia en reposo con respecto al universo, y el universo no es homogéneo.

eso no es cierto aqui puedes encontrar el porque, pues tambien tuve las mismas dudas.

[VICTOR R S]

Re: Relatividad del tiempo y origen del universo

Hola Richard. Pero si el viajero "sufre" un tiempo distinto al de la Tierra debido a su velocidad, y por eso envejece más lentamente, entonces en el universo se han dado dos intervalos temporales distintos, y eso ¡daría dos edades distintas¡. No encuentro explicación para eso. Por otro lado, he visto que en el experimento de Michelson-Morley,la bombilla desde la que parte la luz está junto al observador , por lo que éste no podría observar "el empuje" de la Tierra sobre la luz, ya que lleva la misma velocidad relativa.¡Tendría que estar fuera de la Tierra para observar tal efecto¡. Un saludo

[Richard R Richard]

Re: Relatividad del tiempo y origen del universo

Decir que envejezca mas "lentamente" no significa que vaya a vivir mas tiempo propio, o sea no va a realizar mas acciones en su vida ya que dispone de mas tiempo (este concepto es el erróneo), lo que intento decir es que no es consciente de que el tiempo le pasa mas lentamente. Si hiciera mediciones locales en su sistema de referencia del periodo de tiempo entre dos cumpleaños consecutivos, le daría un año, lo mismo ocurriria si realizara la misma prueba estando solidario al otro sistema de referencia, pero cuando observas este periodo de tiempo de un sistema de referencia y lo mides en el otro sistema de referencia a distinta velocidad o campo gravitatorio, llegaras a la conclusión de que ese tiempo transcurrido es mayor a un año del sistema de referencia en que mides, o lo que es lo mismo decir que el tiempo transcurre mas lentamente en el otro sistema de referencia, pero el viajero no puede aprovechar ese tiempo para hacer mas cosas, todo lo que haga también lo hará mas lentamente.

[VICTOR R S]

Re: Relatividad del tiempo y origen del universo

Tengo dudas. Si el viajero "sufre" un tiempo distinto, entonces el universo "sufre" dos tiempos, el del viajero y el de la Tierra. Por lo que desde ese momento tiene dos edades, y eso se me hace imposible. Sin ánimo de aburrirte, me gustaría saber tu opinión sobre lo que te he comentado arriba del experimento Michelson-Morley. Y por último, si el espacio-tiempo no existía antes del bigbang, ¿qué espacio ocupaba la energía concentrada que le dio lugar?. Toda la energía del universo tendría que ocupar algo de espacio, aunque fuera ínfimo. Y eso ya sería espacio. Muchas gracias

[Richard R Richard]

Re: Relatividad del tiempo y origen del universo

Veo que sigues atado a la idea de un tiempo absoluto, como me pasaba a mi hace pocos meses, veamos que puedo hacer por aclararte.
Vamos a imaginar una situación como la primera que has planteado un viajero se aleja de otro, no necesariamente este ultimo estará en la tierra osea vamos a suponer que no estan sometidos a ningún campo gravitatorio. ademas le vamos a dar a cada uno una regla y un reloj los cuales has comprobado que son lo mas precisos que puedes conseguir y que sus mediciones no difieren entre ellos. Entonces pones en marcha al viajero, a una velocidad bastante cercana a la velocidad de la luz. Les propones a cada observador que mida con su propia regla, la regla del otro, y con su propio reloj medir el tiempo entre tic tacs del reloj del otro observador.
Cada observador hace su medición de tiempo y espacio, lo que verán "ambos" es que la regla del otro se ha acortado, y que el reloj le marcha mas lento. El tiempo y el espacio que mide cada observador es relativo al estado de movimiento relativo de ambos. Coinciden cuando están en el mismo sistema de referencia, desplazándose a la misma velocidad, y difieren cuando tienen entre si una velocidad relativa, el efecto es notable a muy altas velocidades , cercanas a la de la luz, por ello no es de natural entendimiento, pues nuestra vida cotidiana transcurre a muy bajas velocidades.

Existe una relación estrecha entre espacio y tiempo y debido a esto es que si sus tiempos difieren no significa que hay dos tiempos distintos transcurriendo, existe una relación entre ambos, y es explicada perfectamente, por la teoría de la relatividad especial. En ella el espacio y el tiempo no son dimensiones absolutas sino forman parte de una mismo concepto que llamamos espacio-tiempo es un modelo matemático que combina el espacio y el tiempo en un único continuo.

Con este modelo las apreciaciones sobre la edad de universo de ambos observadores, pueden compararse , cuando se las lleva de un sistema de referencia hasta otro, y cuando los sistemas son acelerados o con campos gravitaciones, hay otra teoría la general de la relatividad, que explica como hacer estas relaciones entre mediciones.

Con ello quiero decirte que el universo no tiene dos edades sino que cada observador tendrá una medida para determinarla, pero es incorrecto compararlas si tener en cuanta el estado de movimiento de cada uno y las fuerzas que actúan sobre ellos.

Con respecto a Michelson y Morley debes entender que la velocidad de la luz es independiente de la velocidad de la fuente que la emitió, y que resulta lo mismo que la luz se emitiera en la tierra o en una estrella lejana.
Por mas rápido o lento que te muevas la luz emitida con cualquier tipo de fuente tendrá la misma velocidad cuando se desplace por el espacio, y es aproximadamente 300000 km/s y tampoco influye la velocidad del observador, siempre que se intente medir esta velocidad obtendrá c=300000 km/s.

Con respecto a tu pregunta sobre el big bang , no tengo muy claro como contestarte, pues estoy aun tratando de entenderlo, pero me animo a decirte que si no existía el espacio-tiempo, no tendrías forma de hacer una medición ni de espacio ni de tiempo, por lo tanto no podrías definir si ocupa o no algo, toda esa energía. Hay una serie de teorías que intentan dar explicación a todo ello retrocediendo en el tiempo, intentando reproducir experimentalmente los fenómenos energéticos que se cree sucedieron hasta llegar al tiempo 0.

[Jaime Rudas]

Re: Relatividad del tiempo y origen del universo

No hay sistema de referencia en reposo con respecto al universo, y el universo no es homogéneo.

Bueno, según las observaciones, el universo es homogéneo a gran escala y sí que hay un sistema de referencia desde el que se ve así.

La relatividad establece tiempos distintos para situaciones distintas de velocidad o gravedad.

Sí, pero haciendo la precisión de que no se trata de situaciones, sino de sistemas de referencia.

Independientemente de los cálculos. Lo verdaderamente significativo es que si el viajero ha sufrido una dilatación del tiempo y por eso no envejece tanto como las personas de la Tierra, entonces el universo también(pues contiene al viajero),

No, cuidado: el viajero es un sistema de referencia con un tiempo propio y la Tierra es un sistema de referencia con un tiempo propio, pero el universo no es un sistema de referencia con un tiempo propio. O sea, el que el universo contenga al viajero y a la Tierra no hace que aquel tenga el mismo tiempo propio de estos. El universo contiene todos los sistemas de referencia, pero no podemos decir que el universo esté ligado a alguno de ellos en especial.

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Y por último, si el espacio-tiempo no existía antes del bigbang, ¿qué espacio ocupaba la energía concentrada que le dio lugar?. Toda la energía del universo tendría que ocupar algo de espacio, aunque fuera ínfimo. Y eso ya sería espacio.

Lo que conocemos con buena aproximación es como evolucionó el universo desde unos instantes después del big bang. De lo ocurrido antes, son poco más que especulaciones. Así las cosas, no sabemos si existía o no el espacio-tiempo antes del gig bang, no sabemos si lo que dio lugar al big bang fue o no algún tipo de energía concentrada y si ocupaba o no algún lugar o si este lugar era grande o pequeño.

[VICTOR R S]

Re: Relatividad del tiempo y origen del universo

Lo siento Richard, pero no me encaja lo que me explicas. Si los tiempos difieren, y sabemos que es así porque el que viaja envejece más lentamente, es que hay dos tiempos. Se pueden hacer mediciones y comparaciones de las medidas y establecer correcciones, pero la realidad física es que un hombre ha envejecido menos,¡ y eso no se puede corregir!. Es aplastante. Creo que hay que olvidarse de las mediciones, y centrarse en el hecho en sí, que es que un sistema sufre un tiempo, y el otro, otro. No se trata de que cada observador tenga una medida, se trata de que podemos comprobar que ha habido dos tiempos distintos por los efectos de envejecimiento. Y eso no cuadra. Y si cada observador tiene una medida para determinar la edad del universo,¿ cómo podemos estar seguros de la edad que hemos medido para el universo estando en la Tierra?.

Con respecto a Michelson-Morley, es exactamente eso a lo que me refiero.Se llegó a la conclusión de que la luz es independiente de la velocidad del emisor, en un experimento en el que no se podía observar el efecto de la velocidad del emisor. Para ello habría que estar ¡¡FUERA DE LA TIERRA!!.

Y con lo del bigbang, Einstein dijo que el espacio-tiempo no existía antes, pues esa dimensión se creó en ese momento, y tampoco me encaja. Además, el espacio tendría que violar constantemente la ley de que nada puede viajar más rápido que la luz, sencillamente para suministrar un recorrido a ésta

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Hola Jaime. No veo cuál puede ser ese sistema de referencia, a no ser que se saliera del propio universo. De todas formas, que el universo sea homogéneo en su mayoría, no significa que lo sea. Es una simplificación, como calcular la "media" entre un grupo de números. Si nos atenemos a la esencia de la relatividad, en el universo hay infinidad de sistemas,(o situaciones),donde se sufren tiempos distintos. Por lo que tendría infinidad de edades. No cuadra.

Da igual que sean situaciones o sistemas de referencia, es el hecho físico lo que importa, los diferentes tiempos sufridos.

A la fuerza, si el universo contiene a esos sistemas de referencia, ha de tener sus tiempos. No puede abstraerse. Eso es incontestable.

Y con respecto al bigbang, fue Einstein quien dijo que el espacio-tiempo no existía antes. Y yo no estoy de acuerdo.
Un saludo

[pod]

Re: Relatividad del tiempo y origen del universo

(...)

Como suele pasar en estos hilos (y llevamos muchos en casi 12 años de La web de Física) loo que ocurre es que realmente no acabas de comprender la teoría de la relatividad. Mezclas lo poco que has leído/escuchado/visto en documentales con los prejuicios previos. Por desgracia, es un tema donde no todos los textos/documentales que corren son correctos. Y los que lo son, si no delimitan muy bien lo que dicen, pueden provocar extrapolaciones que no son correctas. Te recomiendo que seas un poco humilde e intentes aprender desde el principio la teoría de la relatividad para entenderla de verdad. Una vez realmente entiendas lo que dice la teoría, entonces si podrás juzgar si te cuadra o no.

En relatividad, cualquier medición de un tiempo debe ir acompañada de una elección de sistema de referencia. No sirve absolutamente de nada decir "la edad del universo es 13.6 mil millones de años" si eso no se acompaña de la coletilla diciendo "medido en el sistema de referencia xxxx". En ese sentido, es un error de los textos/documentales divulgativos que lo dicen así y ya está. Uno puede asumir que ese es un tiempo medido en la Tierra, pero lo cierto es que no es así. Y no puede serlo: ¿como vas a medir un tempo de vida del universo en el sistema de referencia donde de un objeto que no existía hasta mucho después del big bang?

En realidad, la comunidad científica por convención utiliza un sistema de referencia estándar para realizar estas mediciones. Es el sistema de referencia donde el big bang ocurrió en reposo y al mismo tiempo en todo el universo. Es un sistema de referencia tan bueno como cualquier otro, pero tiene la particularidad de que es el sistema de referencia donde resulta más fácil hacer cálculos que tengan en cuenta el universo en su conjunto. La Tierra está en una galaxia que se mueve respecto de este sistema de referencia (y el Sol se mueve dentro de la galaxia; y la Tierra se mueve al rededor del Sol...), así que nosotros no estamos en ese sistema de referencia estándar cosmológico. Esto es algo que, por desgracia, no se escribe en los textos divulgativos; pero sí en todos los libros de nivel postgrado para arriba.

Así que la respuesta al hilo es muy sencilla: efectivamente, la edad del universo dependerá del sistema de referencia. Es un error de los textos divulgativos no especificar que sistema de referencia están utilizando para dar una medida. Sinceramente, desconozco si alguien ha hecho alguna estimación de cuanto sería este tiempo en el sistema de referencia de la Tierra; no es fácil porque habría que decidir cual era el sistema de referencia de la Tierra antes de que esta se creara. El resultado, muy probablemente, sería del mismo orden de magnitud.

Si los tiempos difieren, y sabemos que es así porque el que viaja envejece más lentamente, es que hay dos tiempos. Se pueden hacer mediciones y comparaciones de las medidas y establecer correcciones, pero la realidad física es que un hombre ha envejecido menos,¡ y eso no se puede corregir!.

Esto es obvio. Una cosa es que la medición de (por ejemplo) el tiempo transcurrido entre dos eventos lleve a mediciones diferentes en sistemas de referencia diferentes; pero el resultado de todo experimento debe ser el mismo en cualquier sistema de referencia. En este ejemplo tipo paradoja de los gemelos, los diferentes sistemas de referencia medirán tiempos diferentes entre el evento 1 (el gemelo se va de la Tierra) y el evento 2 (el gemelo vuelve a la Tierra). Pero todos los sistemas de referencia se pondrán de acuerdo al calcular la edad del viajero. Lo que pasa es que la edad de una persona (o de una partícula en general; donde recibe el nombre de tiempo propio) entre dos eventos no es igual a la resta del tiempo coordenado que estamos acostumbrados a hacer.

Dicho de otro modo: en relatividad, para saber la edad física de una persona no nos basta con restar la fecha de calendario actual con la fecha de calendario de su nacimiento. La fecha de calendario es una medición en un sistema de referencia concreto, de nuevo tenemos un acuerdo en decir qué sistema de referencia utilizamos para medir el tiempo oficial (que es el de la Tierra).


NOTA UN POCO TÉCNICA: Un lector avispado podría pensar que he utilizado una doble vara de medir: he dicho que para el universo se escoge un sistema de referencia concreto para medir su edad, mientras que para una persona o partícula utilizo su tiempo propio. La diferencia es un poco técnica: el universo no es un objeto puntual, como sí lo es una partícula y podemos aproximar que lo es una persona. Por lo tanto, el universo no tiene "linea mundo" y tampoco tiene tiempo propio. Ahora bien, yo puedo definir un observador primordial (un observador para el cual el big bang ocurrió en reposo; por ejemplo, el centro de masas de un supercúmulo de galaxias). Esto sí es un objeto puntual y por lo tanto tiene tiempo propio. Resulta que la edad de este observador coincidirá exactamente con la definición de edad del universo que he dado antes. En resumen: la edad del universo, tal y como se define normalmente, equivale a la edad que tendría una hipotética persona que hubiera nacido en el big bang y hubiera permanecido en reposo relativo a ese sistema de referencia desde entonces.

Con respecto a Michelson-Morley, es exactamente eso a lo que me refiero.Se llegó a la conclusión de que la luz es independiente de la velocidad del emisor, en un experimento en el que no se podía observar el efecto de la velocidad del emisor. Para ello habría que estar ¡¡FUERA DE LA TIERRA!!.

Esto no es cierto. Un experimento de tipo Michelson-Morley puede detectar la dependencia de la velocidad con respecto de su fuente incluso dentro de la Tierra. No obstante, por si te sirve de consuelo, se han repetido experimentos similares en órbita, y se han hecho observaciones equivalentes a tamaño del sistema solar utilizando conjunciones de planetas y satélites. El resultado siempre ha sido el mismo. Lo siento, la independencia de la velocidad de la luz no es algo que puedas discutir. Es un hecho experimental.

Y con lo del bigbang, Einstein dijo que el espacio-tiempo no existía antes, pues esa dimensión se creó en ese momento, y tampoco me encaja. Además, el espacio tendría que violar constantemente la ley de que nada puede viajar más rápido que la luz, sencillamente para suministrar un recorrido a ésta

(...)

Y con respecto al bigbang, fue Einstein quien dijo que el espacio-tiempo no existía antes. Y yo no estoy de acuerdo.

Aconsejo no hablar tanto de hombres muertos que no se pueden defender.

Lo que dice la teoría de la relatividad al respecto es lo siguiente: No podemos utilizar las leyes de la Física que conocemos actualmente para describir el universo en los instantes que rodean al big bang. Eso quiere decir que necesitamos una teoría nueva (alguna teoría de la gravitación cuántica) para describir todo lo que pasó antes del instante de Planck. Cuando tengamos esa teoría, podremos decir si había espacio tiempo, si no lo había o si había algo parecido.

Si tú estás tan seguro de que sí existía, te aconsejo que dejes de aparecer en una página de poca monta como esta, porque eso significa que tienes una teoría de la gravedad cuántica que nadie más conoce. Escribe un artículo en inglés, publicalo en una revista y espera una llamada de Estocolmo. En cualquier caso, te recuerdo mi primer consejo: ser un poco más humilde y procurar entender lo que de verdad dice la teoría.

[VICTOR R S]

Re: Relatividad del tiempo y origen del universo

Lo primero que quiero aclararte es que te has tomado la libertad de juzgarme. Y eso es algo muy feo,( y muy arrogante, por cierto, ya que hablamos de humildad). Lo segundo es eso de que no hable de hombres muertos que no se pueden defender. Pero qué chorrada es esa!!. Yo no me he metido con nadie!. Sólo he expresado mi desacuerdo. Y por último, la sopa de letras que has puesto como respuesta, no aclara absolutamente nada. Me parece que el que tiene que practicar la humildad eres tú. Si te molesta que haya tenido una buena idea con las paradojas que he expuesto en el hilo, es tu problema.

Ah! se me olvidaba. Tengo la respuesta. Un saludo.