El modelo del Universo formado por átomos de Planck de 4 dimensiones, permite explicar tanto los fenómenos cuánticos como los relativistas.
En
este post vamos a tratar de explicar uno de los conceptos más difíciles de entender,
como es el concepto de Tiempo. Desde la relatividad especial de Einstein el
concepto de Tiempo va íntimamente ligado al espacio. Al hablar del concepto de
Tiempo, hay que inevitablemente tener en cuenta la dilatación temporal debida
al movimiento.
Dado
que el tema es lo suficientemente amplio, lo he dividido en cuatro apartados.
Espacio-Tiempo Clásico
Espacio-Tiempo Relativista (I). Dilatación temporal.
Espacio-Tiempo Relativista (II). Contracción de Lorenzt.
Espacio-Tiempo Discreto
Espacio-Tiempo
Clásico.
Introducción.
Los
físicos son capaces de medir las propiedades de la materia, tales como;
- Espacio
- Tiempo
- Masa
- Carga Eléctrica
- Frecuencia del Fotón
- Spin, etc.
Sin embargo:
No
Pueden Explicar su Origen, ni saben Calcularlas
En
general, cada una de estas propiedades, que no
son capaces de calcular, ni de explicar, las definen como:
“Propiedad Intrínseca de la Materia”
Y
según la Mecánica Cuántica, a partir de
estas magnitudes físicas se derivan todos los demás.
Solo el
Espacio es un Concepto Fundamental
Todas
las “Propiedades Intrínsecas de
la Materia”
derivan
del movimiento del espacio 4D.
Espacio
o Longitud.
El espacio es el lugar donde se encuentran los objetos. La
longitud es una de las magnitudes físicas fundamentales, en tanto que no puede
ser definida en términos de otras magnitudes que se pueden medir. Longitud es la
distancia que separa dos puntos en el espacio.
Tiempo.
El tiempo es una magnitud física con
la que medimos la duración de los
acontecimientos. En la física clásica el tiempo se concibe como una
magnitud absoluta, es decir, la medida
es idéntica para todos los observadores. En la relatividad el
tiempo depende del sistema de referencia donde esté situado el observador y de
su estado de movimiento, de forma que el tiempo y el espacio van unidos en una
única entidad tetradimensional, el continuo espacio-tiempo.
Para
poder medir la
continuidad del espacio-tiempo
se
necesitaría una energía
infinita.
La mayoría de las veces, medimos el espacio en metros, y el tiempo
en segundos. Pero en ocasiones, nos es útil medir la distancia en segundos,
como ocurre por ejemplo en una carrera de coches, motos, etc. En estas
ocasiones, decimos que el segundo corredor, por ejemplo, ha llegado a 5s del
primero, es decir, la distancia no la damos en metros sino en segundos.
Problema
Elemental de Móviles.
Supongamos que un tren sale de la estación con una velocidad
de 100 Km por hora. Calcular, en el
plano X-Y la distancia recorrida por el tren en una hora, para: a) el jefe de la estación y b)
pasajero del tren.
a) El jefe de la
estación mira
su reloj al cabo de una hora y asume que el tren se mueve en la dirección del
eje y, luego:
Y
la distancia recorrida será y=100 km.
b) El pasajero del tren observa que las vías
del tren están inclinadas con respecto al andén (plano X-Y), por lo que calcula
que el tren se mueve en la dirección x a un 80% de la velocidad total (vx = 0,8v), por lo que la velocidad
en la dirección y será:
El
tren se encuentra en lugares diferentes (fig. 1), debido a que cada observador
elige una referencia distinta.
Figura 1. Posición del tren, según el observador
Distancia
en segundos.
La distancia recorrida por el tren, también la podemos
expresar en segundos. Para ello basta dividir la distancia recorrida x o y por
la velocidad del tren.
a) El jefe de la
estación.
Para el jefe de estación (observador en reposo) ha
transcurrido un tiempo:
b) El pasajero del tren.
Para el pasajero del tren (observador en movimiento), el
tiempo transcurrido en el eje y, es diferente, del tiempo transcurrido en el
eje x.
Y el tiempo total en el plano x-y será:
Figura 2. Distancia en
segundos.
Si consideramos el tiempo medido en el eje y (eje temporal en la fig. 2), el pasajero del tren y el jefe de
estación miden tiempos diferentes, pero si consideramos el tiempo total en el
plano x-y, ambos observadores miden
el mismo tiempo.
Conclusión.
Dependiendo del sistema de referencia elegido, cada observador
mide distancias o tiempos diferentes en cada uno de los ejes. Si ahora
cambiamos la velocidad del tren por la velocidad de la luz, y la velocidad en
el eje x por una velocidad relativista, obtenemos, la dilatación temporal
relativista, que veremos en el próximo post.
