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La dilatación temporal (II): la fuerza de la gravedad

Vimos en un post anterior que el movimiento a alta velocidad, y de forma más evidente a velocidades cercanas a la de la luz, creaba un fenómeno llamado dilatación temporal por el que el tiempo para la persona en movimiento pasaba más despacio que para la persona en reposo, posibilitando, así, el viaje al futuro. Pero la dilatación temporal no es un fenómeno que sólo se origine por la velocidad, sino que la más débil y a la vez la más misteriosa de las fuerzas del Universo también lo puede hacer: la gravedad.

Cuando nos vemos afectados por un campo gravitatorio, esa fuerza hace que el tiempo se ralentice. El tiempo para quien se ve afectado por el campo gravitatorio pasa más despacio que para otro sujeto que se encuentra a una distancia donde la fuerza de la gravedad es menor.

Esto sucede sea cual sea la fuerza del campo gravitatorio, pero a mayor fuerza de este campo, el desfase temporal (cuán despacio pasa el tiempo para el que se ve afectado con respecto al que no) es mayor. Así, para que pudiéramos hablar de un viaje en el tiempo evidente, deberíamos experimentar un campo gravitatorio miles de veces más fuerte que el de la Tierra.

Como en el caso de la dilatación temporal por velocidad, al pasar el tiempo más lentamente para el que se ve afectado por el campo gravitatorio, cuando lo abandone éste observará que él tiempo ha pasado más rápido fuera del campo. Así, si él se marchó en 2015 y ha pasado un año de su tiempo bajo la influencia de un campo gravitatorio de cierta intensidad, puede encontrarse que en la Tierra, que no se ha visto afectada por el campo gravitatorio, es ya 2025. Ha viajado al futuro.

Estos campos gravitatorios tan fuertes sólo podrían ser provocados por objetos muy masivos como una estrella de neutrones o un agujero negro. Un agujero negro es un objeto tremendamente masivo cuya fuerza gravitatoria es tan fuerte que ni la luz (que se mueve a 300.000 km/s) puede escapar de él. Y así como no puede la luz, tampoco el tiempo. El agujero negro dobla el espacio (las tres dimensiones) a su alrededor y también afecta al tiempo (la cuarta dimensión) ralentizándolo.

Viaje al futuro

Si nos acercáramos demasiado al agujero negro nos atraería irremediablemente hacia a él hasta hacernos colisionar contra su singularidad. Pero a la distancia justa su fuerza gravitatoria podría afectarnos lo suficiente para que nuestro tiempo se viera ralentizado sin llegar a ser absorbidos.

Así, a esa distancia justa (al borde del horizonte de sucesos), el tiempo pasaría más despacio para nosotros. Mientras pasamos allí dos días, lejos de esa fuerza gravitatoria (más allá en el espacio o en la propia Tierra) ha pasado mucho más tiempo. Por ello, al volver a la Tierra o con los compañeros que no se han acercado tanto al agujero nos encontraremos en el futuro. Para nosotros habrán pasado dos días, pero para ellos muchísimo más tiempo (luego veremos cómo calcularlo).

Volviendo al ejemplo los relojes que utilizamos en el anterior post sobre la dilatación temporal por velocidad, podemos ver cómo un reloj sometido a una fuerza gravitatoria menor que otro registra el tiempo de forma más rápida. O lo que es lo mismo, el tiempo en un reloj que se encuentra en un campo gravitatorio superior al de otro pasa de forma más lenta. De nuevo, mediante unos relojes atómicos y unos aviones, la dilatación temporal por gravedad se pudo comprobar.

Experimento

En 1976, Robert Vessot y Martin Levine realizaron un experimento conocido como Gravity Probe A. Enviaron un reloj atómico a una altura de 10.000 kilómetros y lo compararon con otro en tierra.  Lo que se quería comprobar era que la gravedad (fuerte en la Tierra, pero muy débil a esa altura al estar alejado del planeta) ralentizaba el tiempo.

Efectivamente, tras hacer la comprobación, observaron que el reloj de la Tierra estaba retrasado con respecto al del satélite, ya que la gravedad había ralentizado el tiempo. A esa altura, el reloj corría 4,5 partes más rápido en 1010 que el situado en la Tierra.

------------------------------------------------------------------- Hay que tener en cuenta que los satélites GPS al tiempo que ven su tiempo 'acelerado' por la menor gravedad, también lo ven ralentizado por su velocidad. [ via Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Orbit_times.svg#/media/File:Orbit_times.svg]

——————————————————————- Hay que tener en cuenta que los satélites GPS al tiempo que ven su tiempo ‘acelerado’ por la menor gravedad, también lo ven ralentizado por su velocidad. [ via Commons – https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Orbit_times.svg#/media/File:Orbit_times.svg%5D

Este fenómeno también se puede observar en el funcionamiento de los sistemas de geolocalización. Los GPS se basan en un conjunto de satélites en órbita terrestre a unos 20.000 kilómetros de altura que permiten determinar nuestra posición en cualquier lugar de la superficie del planeta con precisión de un metro. Para ello, los satélites deben estar sincronizados entre sí y con relojes en Tierra.

Como hemos visto, los relojes satelitales marchan más rápidamente que los que están en la Tierra. Si fuesen ignorados los ajustes requeridos por la Teoría de la Relatividad, el error de posicionamiento acumulado en un día sería de más de unos 11 km.

Verse privados de la fuerza de gravedad de la Tierra ‘adelanta’ los relojes satelitales en 45,7 microsegundos por día. Este desfase es crucial para el buen funcionamiento del GPS. Hay que tener en cuenta que el tiempo de estos satélites también se ve afectado por su velocidad. Así que, al tiempo que se ‘acelera’ por la menor gravedad del espacio, también se ralentiza por su velocidad. Hay que hacer cálculos muy ajustados para que el sistema de geolocalización funcione correctamente.

Calculando el viaje en el tiempo

Ese desfase temporal (cuánto viajamos al futuro) es calculable; pero las ecuaciones para hacerlo son algo más complicadas que las de la dilatación temporal por velocidad (y no disponemos de un software que lo calcule por nosotros como en ese caso). Aún así, veámoslas.

 

Quien sea capaz (yo ahora mismo no me veo) que sustituya símbolos por números y haga sus propios cálculos. Otros lo han hecho ya con alturas abarcables, alejándose del campo gravitatorio de la Tierra tan sólo unos metros (con lo que la dilatación temporal es muy pequeña). Así, si subimos a la última planta del Empire State, a 380 metros de altura, y estamos allí 79 años, habríamos envejecido 0,000104 segundos más que si nos hubiéramos quedado en tierra.

Pero el verdadero problema para viajar en el tiempo mediante este método no es hacer los cálculos (ojalá), sino poder situarnos físicamente bajo esa influencia gravitatoria y luego salir de ella

Al igual que pasaba con la dilatación temporal por velocidad, esto es más que una teoría, se ha comprobado científicamente que es una teoría válida y el viaje es factible; pero nuestra tecnología hace que todavía no sea posible que realicemos un viaje en el tiempo perceptible ‘a simple vista’.

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  1. 14 diciembre 2016 en 5:49
  2. 4 enero 2017 en 4:10

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