La noción de espacio-tiempo es muy importante en el ámbito de la cosmología.
Espacio-tiempo es un concepto que se emplea en las teorías de la relatividad general y especial que postuló Albert Einstein (1879-1955). La noción refiere a la integración del espacio y el tiempo en una entidad continua.
Puede considerarse que el espacio-tiempo es un modelo que instaura un vínculo indisoluble entre el espacio y el tiempo, que se relacionan en un mismo objeto cuatridimensional. De acuerdo a Einstein, la totalidad de los acontecimientos físicos tienen lugar en ese espacio-tiempo (también mencionado como espaciotiempo).
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ResumenOrigen del concepto de espacio-tiempo
El origen del concepto de espacio-tiempo, como ya indicamos, está asociado al trabajo de Einstein. Sin embargo, existen antecedentes que le permitieron al famoso físico que ganó el Premio Nobel de Física en 1921 desarrollar o ampliar sus teorías.
En este sentido hay que destacar los aportes de Hermann Minkowski (1864-1909), quien estudió la teoría de la relatividad especial que Einstein dio a conocer en 1905 y concluyó que no debía considerarse al espacio y al tiempo como entes separados, sino que tenían que tomarse como parte de un objeto continuo. Esta idea se plasmó en el llamado espacio de Minkowski, una variable 4D de curvatura nula que permite la descripción de los fenómenos físicos.
El espacio de Minkowski tiene en cuenta las transformaciones de Lorentz, que refieren a la relación existente entre las mediciones de una magnitud física desarrolladas por distintos observadores. Lo que hizo Minkowski fue ubicar a las transformaciones de Lorentz como una propiedad geométrica espacial.
Tomando en cuenta estos principios científicos, Einstein avanzó con sus premisas en su teoría de la relatividad general (1916), donde además incorporó la idea de la curvatura del espacio-tiempo para explicar la gravedad. Esto terminó marcando una importante diferencia con la mecánica basada en las leyes de Isaac Newton (1643-1727).
Dicha mecánica clásica establecía que el tiempo es una magnitud que resulta igual para todos los observadores y que tiene independencia frente a las coordenadas espaciales. Desde comienzos del siglo XX, sin embargo, se sabe que la velocidad de la luz es independiente de la velocidad del observador, además de ser constante, por ejemplo.
A partir del espacio-tiempo, en definitiva, se entiende que el universo presenta cuatro dimensiones: las tres dimensiones físicas espaciales más la dimensión temporal. El espacio y el tiempo, pues, no son entidades absolutas ni independientes entre sí.
La teoría de la inflación cósmica y el estiramiento del espacio-tiempo habilitan la posibilidad de la existencia de un multiverso con múltiples universos paralelos.
Sus consecuencias
El espacio-tiempo, como ya indicamos, implica que el universo no es un espacio tridimensional. Antes se entendía que los sucesos físicos acontecían en un ancho, un largo y un alto concretos, con el tiempo como una variable independiente que anclaba los eventos en una línea temporal.
La postulación del espacio-tiempo como un mismo espacio o modelo matemático de cuatro dimensiones instauró básicamente que el tiempo no es idéntico para todos los observadores, sino que tiene que ver con la velocidad y la posición del sujeto. Como el tiempo es relativo, puede registrar cambios producidos por distintos fenómenos (y así puede generarse una dilatación del tiempo, por mencionar una posibilidad).
En este contexto, un cuerpo que se desplaza a alta velocidad puede percibir que el tiempo, desde su perspectiva, transcurre más lento en comparación a lo advertido por un observador que está quieto. Esta particularidad está asociada a la posición que se ocupa en un campo gravitatorio.
Por extensión, se puede afirmar que el tiempo transcurre con más lentitud en las proximidades de un agujero negro debido a la mayor fuerza de gravedad, a diferencia de lo que sucede en una nave espacial que se aleja del campo gravitatorio del planeta Tierra.
El espacio-tiempo supone que realizar un viaje en el tiempo no es imposible para la física.
Surgimiento del espacio-tiempo
El surgimiento del espacio-tiempo como objeto o entidad puede ser entendido a partir de la teoría del big bang, de acuerdo a lo manifestado por Stephen Hawking (1942-2018). Cabe destacar que se conoce como big bang a la explosión que marcó el nacimiento del universo al hacer posible la formación tanto de la materia como del espacio y el tiempo.
El big bang fue el punto de partida del universo hace unos 13.800 millones de años y la explicación de su evolución. Se cree que, luego del estallido, empezó una rápida expansión del universo (conocida como inflación cósmica) y tras el posterior enfriamiento surgieron primero las partículas elementales y después los átomos.
Se estima que el espacio-tiempo apareció en los instantes inmediatos al big bang. Fue en la onda expansiva de la explosión que tuvo lugar su surgimiento, por lo cual antes de esa fracción de segundo no se podría concebir su existencia.
Otras teorías
El establecimiento de la noción de espacio-tiempo dio lugar al desarrollo de muchas otras teorías que intentan explicar una gran variedad de fenómenos. En este sentido, es interesante mencionar que la curvatura del espacio-tiempo le permitió a Vera Rubin (1928-2016) postular la existencia de la materia oscura.
Rubin descubrió que las áreas exteriores de una galaxia se desplazan a mayor velocidad que la avalada por la fuerza de gravedad. La astrónoma entendió que tiene que haber una masa mayor que aquella que puede observarse ya que, de lo contrario, las galaxias se desintegrarían. A esa masa la bautizó materia oscura.
Leonard Susskind (1940), por su parte, es el responsable de la teoría de cuerdas, donde indicó que las partículas no deben considerarse como puntos sino como cuerdas o filamentos. Para llegar a dicha conclusión recurrió al espacio-tiempo y a otras dimensiones, consiguiendo que las cuerdas esclarezcan diversos misterios del funcionamiento del universo.
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