(Phys.org) — Los filósofos han debatido la naturaleza del tiempo mucho antes que Einstein y la física moderna. Pero en los 106 años transcurridos desde Einstein, la opinión predominante en física ha sido que el tiempo sirve como cuarta dimensión del espacio, un ámbito representado matemáticamente como espaciotiempo de Minkowski 4D. Sin embargo, algunos científicos, como Amrit Sorli y Davide Fiscaletti, fundadores del Space Life Institute de Eslovenia, sostienen que el tiempo existe de forma completamente independiente del espacio. En un nuevo estudio, Sorli y Fiscaletti han demostrado que dos fenómenos de la relatividad especial -la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud- pueden describirse mejor en el marco de un espacio 3D con el tiempo como la cantidad utilizada para medir el cambio (es decir, el movimiento de los fotones) en este espacio.
Los principales conceptos de la relatividad especial -que la velocidad de la luz es la misma en todos los marcos de referencia inerciales y que no existe un marco de referencia absoluto- se formulan tradicionalmente en el marco del espaciotiempo de Minkowski. En este marco, las tres dimensiones espaciales se visualizan intuitivamente, mientras que la dimensión temporal se representa matemáticamente mediante una coordenada imaginaria, y no puede visualizarse de forma concreta.
En su artículo, Sorli y Fiscaletti argumentan que, aunque los conceptos de la relatividad especial son sólidos, la introducción del espaciotiempo de Minkowski en 4D ha creado un malentendido de un siglo sobre el tiempo como la cuarta dimensión del espacio que carece de cualquier apoyo experimental. Argumentan que los experimentos conocidos de dilatación del tiempo, como los que demuestran que los relojes van más lentos en los aviones de alta velocidad que en reposo, apoyan la relatividad especial y la dilatación del tiempo, pero no necesariamente el espaciotiempo de Minkowski o la contracción de la longitud. Según la opinión convencional, los relojes van más lentos a altas velocidades debido a la naturaleza del propio espaciotiempo de Minkowski, como resultado tanto de la dilatación del tiempo como de la contracción de la longitud. Pero Sorli y Fiscaletti sostienen que la lentitud de los relojes puede describirse mejor mediante la velocidad relativa entre los dos marcos de referencia, que los relojes miden, no de los que forman parte. Desde este punto de vista, el espacio y el tiempo son dos entidades separadas.
Con los relojes medimos el orden numérico del movimiento en el espacio 3D, dijo Sorli a Phys.org. El tiempo está «separado» del espacio en el sentido de que el tiempo no es una cuarta dimensión del espacio. En cambio, el tiempo, como orden numérico de cambio, existe en un espacio tridimensional. Nuestro modelo sobre el espacio y el tiempo se basa en la medición y se corresponde mejor con la realidad física.
Para ilustrar la diferencia entre las dos visiones del tiempo, Sorli y Fiscaletti consideran un experimento con dos relojes de luz. El mecanismo de tictac de cada reloj consiste en que un fotón se refleja de un lado a otro entre dos espejos, de modo que la trayectoria de un fotón de un espejo a otro representa un tictac del reloj. Los relojes están dispuestos perpendicularmente en una plataforma, con el reloj A orientado horizontalmente y el reloj B verticalmente. Cuando la plataforma se mueve horizontalmente a gran velocidad, entonces, de acuerdo con el fenómeno de contracción de la longitud en el espaciotiempo 4D, el reloj A debería encogerse de modo que su fotón tiene un camino más corto que recorrer, lo que hace que su tictac sea más rápido que el del reloj B.
Pero Sorli y Fiscaletti argumentan que la contracción de la longitud del reloj A y la subsiguiente diferencia en las velocidades de tictac de los relojes A y B no concuerdan con la relatividad especial, que postula que la velocidad de la luz es constante en todos los marcos de referencia inerciales. Dicen que, manteniendo la misma velocidad del fotón para ambos relojes, ambos relojes deberían funcionar a la misma velocidad sin contracción de longitud para el reloj A. Demuestran matemáticamente cómo resolver el problema de esta manera sustituyendo el espaciotiempo 4D de Minkowski por un espacio 3D que implica transformaciones galileanas para tres coordenadas espaciales X, Y y Z, y una ecuación matemática (el formalismo de Selleri) para la transformación de la velocidad de cambio material, que es completamente independiente de las coordenadas espaciales.
Sorli explicó que esta idea de que ambos relojes fotónicos marcan la misma velocidad no está en contradicción con los experimentos con relojes voladores y otras pruebas que han medido la dilatación del tiempo. Esta diferencia, dice, se debe a una diferencia entre los relojes de fotones y los relojes de átomos.
La tasa de los relojes de fotones en sistemas inerciales más rápidos no se ralentizará con respecto a los relojes de fotones en un sistema inercial en reposo porque la velocidad de la luz es constante en todos los sistemas inerciales, dijo. La velocidad de los relojes de los átomos se ralentizará porque la «relatividad» de los fenómenos físicos comienza en la escala de los mesones pi.
También explicó que, sin la contracción de la longitud, la dilatación del tiempo existe, pero de una manera diferente a la que se suele pensar.
La dilatación del tiempo existe no en el sentido de que el tiempo, como cuarta dimensión del espacio, se dilata y como resultado la velocidad del reloj es más lenta, explicó. La dilatación del tiempo significa simplemente que, en un sistema inercial más rápido, la velocidad de cambio se ralentiza y esto es válido para todos los observadores. El GPS confirma que los relojes de las estaciones orbitales tienen una velocidad diferente a la de los relojes de la superficie del planeta, y esta diferencia es válida para los observadores que están en la estación orbital y en la superficie del planeta. Así que interpretado, la ‘dilatación del tiempo’ no requiere la ‘contracción de la longitud’, que como mostramos en nuestro artículo lleva a una contradicción por los relojes de luz posicionados de forma diferente en un sistema inercial en movimiento.
Añadió que la definición alternativa del tiempo también está de acuerdo con la noción de tiempo sostenida por el matemático y filósofo Kurt Gödel.
La definición del tiempo como un orden numérico de cambio en el espacio está reemplazando el concepto de 106 años de edad del tiempo como una dimensión física en la que el cambio corre, dijo Sorli. Consideramos que el tiempo es sólo una cantidad matemática de cambio que medimos con relojes. Esto concuerda con la visión de Gödel sobre el tiempo. En 1949, Gödel había producido una prueba notable: «En cualquier universo descrito por la teoría de la relatividad, el tiempo no puede existir». Nuestra investigación confirma la visión de Gödel: el tiempo no es una dimensión física del espacio a través de la cual se pueda viajar al pasado o al futuro.
En el futuro, Sorli y Fiscaletti planean investigar cómo encaja esta visión del tiempo con el entorno más amplio. Señalan que otros investigadores han investigado la abolición de la idea de espacio-tiempo en favor de entidades separadas de espacio y tiempo, pero suelen sugerir que esta perspectiva se formula mejor en el marco de un éter, un medio físico que impregna todo el espacio. En cambio, Sorli y Fiscaletti creen que la idea puede modelarse mejor en el marco de un vacío cuántico 3D. En lugar de considerar el espacio como un medio que transporta la luz, la propagación de la luz se rige por las propiedades electromagnéticas (la permeabilidad y la permitividad) del vacío cuántico.
Estamos desarrollando un modelo matemático en el que la gravedad es el resultado de la disminución de la densidad de energía de un vacío cuántico 3D causada por la presencia de un determinado objeto estelar o cuerpo material, dijo Sorli. La masa inercial y la masa gravitatoria tienen el mismo origen: la disminución de la densidad de energía de un vacío cuántico. Este modelo proporciona cálculos exactos para la precesión del perihelio de Mercurio como los cálculos de la teoría general de la relatividad.