La base de este libro fue un curso en la Universidad de Princeton, que fue impartido a las humanidades por tres astrofísicos famosos: Neil Degrass Tyson, Michael Strauss y John Richard Gott. Hablan sobre lo que más aman y hablan para que las teorías más complejas se vuelvan claras para los laicos.
Los astrónomos no están acostumbrados a complicar lo que puede ser simple. Las grandes estrellas rojas son gigantes rojas. Las pequeñas estrellas blancas son enanas blancas. Si la estrella está pulsando, se llama púlsar. Incluso el comienzo de todo el espacio, el tiempo, la materia y la energía que existe en el espacio se puede llamar solo dos palabras simples: el Big Bang.
¿Qué sabemos sobre el universo? Nuestro universo es grandioso. Nuestro cosmos es mucho más grande de lo que parece. Es más caliente de lo que piensas. Más apretado de lo que piensas. Más raro de lo que piensas. Independientemente de lo que pienses del universo, la realidad seguirá siendo increíble.
Aquí presentamos un extracto del libro "Cuerdas cósmicas, pozos y viajes en el tiempo".
Como exploro el problema del viaje en el tiempo en el marco de la teoría general de la relatividad, los niños vecinos piensan que tengo una máquina del tiempo en mi garaje. Una vez fui a una conferencia de cosmología en California y me presenté con una chaqueta deportiva turquesa. Mi colega Robert Kirchner, que dirigía el Departamento de Astronomía de Harvard en ese momento, se acercó y dijo: "¡Rich, debes haber comprado esta chaqueta en el futuro y traída aquí, porque todavía no has inventado ese color!" Desde entonces la he llamado una "chaqueta del futuro" y siempre vengo a dar conferencias sobre viajes en el tiempo.
Por lo general, voy a una conferencia así con esta chaqueta turquesa y llevo un maletín marrón. Puse el maletín en el casillero y salí a toda prisa. Luego vuelvo con una camiseta. Le explico a la audiencia que tengo otra reunión programada, y arreglé para que un orador invitado lea esta conferencia en mi lugar, y luego salgo nuevamente. Vuelvo otra vez, ya con una chaqueta turquesa, y les digo a todos que esta es una "chaqueta del futuro". Les explico que no pude dar una conferencia porque tenía prisa por otra reunión, que estaba programada al mismo tiempo que la conferencia; pero como tengo una máquina del tiempo, después de la reunión podría ir al futuro, comprar una chaqueta allí y regresar aquí, para dar una conferencia, pero ya teniendo un poco de edad.
Entonces me doy cuenta de que olvidé traer notas de una conferencia sobre viajes en el tiempo. Que hacer Como tengo una máquina del tiempo, creo que puedes tomar un compendio al día siguiente (después de una conferencia) y regresar aquí, dejar un maletín con un compendio en algún lugar de la audiencia con anticipación. Miro a mi alrededor, pero no los veo en ningún lado. Entonces, tal vez los escondí. Donde Sí, incluso en este casillero. Abro el casillero, encuentro un maletín en él, lo abro, ¡hurra! Ahí se encuentran las notas de clase sobre el viaje en el tiempo.
Considere estos eventos trazando sus líneas mundiales en un gráfico espacio-temporal. El espacio se traza a lo largo de la abscisa, el tiempo se traza a lo largo de la ordenada, con el futuro en la parte superior. La audiencia en la que doy una conferencia es una barra vertical en el centro. Así es como se ve mi línea mundial (Figura 21.1).
En el gráfico espacio-temporal, dejo a la audiencia, mientras uso una camiseta blanca. Vuelvo a la audiencia por un corto tiempo, diciendo que no podré dar una conferencia porque tengo prisa por reunirme. Me voy, me encuentro y luego vuelo al futuro, donde compro una chaqueta. De ahora en adelante, mi línea mundial se vuelve gris claro. Regreso, nuevamente entro en la audiencia y allí doy una conferencia. Cuando termine la conferencia, necesito volver al pasado poco antes del comienzo de la conferencia, solo para tener tiempo de llenar un maletín con un resumen de esta conferencia. Entraré en la audiencia, y luego me iré rápidamente, después de lo cual entraré (un poco más joven), en una camiseta. Además, continuaré viviendo estrictamente en la dirección del futuro. Tengo una línea mundial complicada.
¿Qué pasa con la línea global de maletín? Está en mis manos tan pronto como lo encuentre en el casillero. Si solo lo mantengo, irá en un viaje cronológico conmigo, y lo llevaré a la audiencia antes de encontrarlo en el casillero. La línea mundial del maletín dará la vuelta. La línea mundial del maletín es extraña: no tiene principio ni fin. Mi línea mundial tiene un principio (nací) y un final (morí), pero la línea mundial del maletín es un circuito cerrado. El maletín en este caso se puede comparar con una partícula de genio. De hecho, ella, como el genio, sale de la nada.
El maletín está a la vista de mí todo el tiempo. Él no va a la fábrica de maletín. Los físicos que estudian viajes en el pasado se ven obligados a considerar las partículas geniales cuando hablan de los efectos cuánticos. ¿Qué pasa si aparece un ligero rasguño en mi maletín cuando lo llevo conmigo de la conferencia? Igor Novikov cree que el desgaste que sufre la partícula genio debe ser "corregido" en algún momento para que vuelva a su estado original, y mi maletín no es una excepción. Al mismo tiempo, no se violan las leyes de entropía, ya que el maletín no es un sistema aislado; La energía necesaria para arreglarlo proviene del exterior.
La información también puede actuar como un genio. Supongamos que llego en 1915 y le doy a Einstein las ecuaciones de campo correctas para la teoría general de la relatividad. Puede grabarlos y publicarlos. ¿De dónde vino esta información? Lo aprendí del artículo de Einstein, y Einstein lo aprendió de mí. Resulta una línea mundial circular.
Las leyes de la física permiten la existencia de partículas geniales, es solo que su ocurrencia es poco probable, y cuanto más masivas y complejas sean estas partículas, es menos probable que ocurran. Una historia similar podría haber sucedido si hubiera encontrado un trozo de papel en el piso de un auditorio y no hubiera traído conmigo un maletín, sino este trozo. En este caso, un trozo de papel se convertiría en un genio, y llevarlo contigo es más fácil que un maletín. Aún más simple: podría tomar el cursi de electrones y llevarlo conmigo, y luego regresar al pasado, a la audiencia de la conferencia. Simplemente no es tan probable encontrar un objeto tan masivo como un maletín para este propósito, e incluso con notas para una conferencia sobre viajes en el tiempo. Creo que tales genios complejos son posibles, pero surgirán extremadamente raramente.
El viaje al pasado ocurre cuando hay una línea mundial que gira en el pasado. La situación habitual se muestra en la Fig. 18.1: Las líneas mundiales de la Tierra y otros planetas giran en espiral a lo largo de la línea mundial del Sol. Nada puede moverse con velocidad superluminal, y todas las líneas mundiales están dirigidas hacia el futuro. En la fig. 21.2 muestra la situación cuando viajamos al pasado. La línea mundial del viajero se cierra sobre sí misma y se convierte en testigo de algunos eventos de su propio pasado. El viajero comienza el camino de abajo (en el pasado) y se levanta hasta que conoce a un adulto que ha crecido y le dice: “¡Hola! Soy tu en el futuro! Voló al pasado para saludarte. Él responde: "¿En serio?" y volví al pasado. Luego se encuentra en su juventud y dice: “¡Hola! Soy tu en el futuro! Voló al pasado para saludarte. El joven "doble" responde: "¿En serio?" El viajero del tiempo participa en esta reunión dos veces: de joven y de adulto, pero la situación en sí misma se desarrolla solo una vez. Puede compararlo con una escultura de cuatro dimensiones, en la que se trazan las líneas mundiales. Nunca cambia: así es como se ve la imagen completa. Si está interesado en cómo se sentiría tal situación, simplemente deslice el dedo por la línea mundial y vea qué otras líneas mundiales se cruzan con ella.
Aquí se abre uno de los varangants de la solución de la famosa paradoja de la abuela: ¿qué pasaría si fuera al pasado y accidentalmente matara a mi propia abuela antes de que ella diera a luz a mi madre? En este caso, ella no dará a luz a mi madre, y su madre no me dará a luz, y entonces no estaré allí, no podré ir al futuro y matar a mi futura abuela. Esto, a su vez, significa que dará a luz a mi madre sin problemas y a su madre a mí. Paradoja La solución tradicional a la paradoja de la abuela es esta: los viajeros en el tiempo no pueden cambiar el pasado. Siempre son parte del pasado. Sí, podrías retroceder en el tiempo y tomar té con galletas en compañía de tu abuela cuando aún era una niña, pero no podías matarla, porque debe dar a luz a tu madre, que te dará a luz a ti. La decisión debe ser autoconsistente. Kip Thorne, Igor Novikov y sus colegas formularon una serie de experimentos mentales desde el campo del viaje en el tiempo, juntando bolas de billar; intentaron demostrar que siempre se pueden encontrar soluciones autoconsistentes que no contienen paradojas.
No se preocupe por cambiar la historia: no importa cómo lo intente, nada saldrá de eso. Si regresas al Titanic y le adviertes al capitán sobre el iceberg, el capitán ignorará tus palabras, así como no le dio importancia a todos los demás mensajes sobre icebergs, porque sabemos que el barco se hundirá. Verá que cambiar el curso de los acontecimientos es imposible. El viaje en el tiempo en la película Las increíbles aventuras de Bill y Ted se basa en el mismo principio de autoconsistencia.
Una solución alternativa a la paradoja de la abuela es la teoría multimundo de la mecánica cuántica de Everett. Los físicos tienen diferentes opiniones sobre esta teoría, pero primero comprendamos cómo funciona. En una teoría mundial, se cree que muchos mundos paralelos pueden coexistir, como las vías del ferrocarril en un parque de maniobras. Vemos una historia, como si nuestro tren estuviera en un camino específico. Los eventos que observamos son similares a las estaciones que se reemplazan entre sí. Aquí está la Segunda Guerra Mundial ... aquí la gente aterriza en la luna y así sucesivamente. Pero hay muchos mundos paralelos. Hay un mundo donde la Segunda Guerra Mundial no ocurrió. Dicha teoría se basa en el enfoque de la mecánica cuántica como la suma de muchas historias propuestas por Richard Feynman. Feynman se dio cuenta de que para calcular la probabilidad de cualquier resultado de un experimento futuro, uno debe tener en cuenta todas las historias posibles que podrían conducir a él. A algunos les parece que esta es solo otra extraña regla de cálculo en la mecánica cuántica, pero los defensores de un modelo multimundo creen que todas estas historias son reales e interactúan entre sí. David Deutsch cree que un viajero en el tiempo puede retroceder en el tiempo y matar a su abuela allí cuando aún era una niña. En este caso, surgirá una nueva rama de la historia: en esta versión de la historia habrá un cronista viajero vivo y su abuela muerta. El camino donde nació el viajero del tiempo y su abuela todavía estaba viva también sigue existiendo. El viajero todavía recuerda parte de su biografía, que sucedió antes de emprender un nuevo camino. Ambas formas existen.
Ahora tenemos dos soluciones adecuadas a la paradoja de la abuela. El primero es conservador, donde el espacio-tiempo se representa como una escultura de cuatro dimensiones autoconsistente, sin cambios en esencia. La segunda es una interpretación multimundo más radical de la mecánica cuántica. Ambas soluciones funcionan.
Además, si regresa a la línea mundial del viajero en el tiempo, que se repite en el pasado, puede notar una falla en él. La luz en este patrón vuela en un ángulo de 45 °. Cuando el viajero del tiempo pasa sobre la cumbre para comenzar un regreso al pasado, en algún momento la pendiente de su línea mundial en relación con el eje del tiempo debe ser mayor de 45 °. Esto significa que en algún momento debe superar la velocidad de la luz. De hecho, cruzando la parte superior del circuito, se mueve a velocidad infinita. El fenómeno de la relación de los vuelos con las velocidades superluminales y el viaje en el tiempo se captura en el siguiente Limerick A.G. R. Buller:
Señorita muy ágil de Dakota
Ella dijo: “¡Einstein es algo!
Desde que volé a algún lado
Mayor que la velocidad de la luz
Y regresó el día antes de la salida! "
El problema es que (como demostró Einstein en su teoría especial de la relatividad) es imposible construir un cohete que desarrolle una velocidad superluminal. Si su velocidad no excede la velocidad de la luz, entonces su línea mundial nunca se ubicará en un ángulo de más de 45 ° con respecto al eje del tiempo, y no podrá regresar al pasado. Sin embargo, en la teoría general de la relatividad de Einstein, donde el espacio-tiempo se considera curvado, uno puede adelantar un rayo de luz cortando el camino si se mueve a través de un agujero de gusano o (que se discutirá más adelante) a lo largo de una cadena cósmica. Si adelanta a un rayo de luz, entonces, como nuestra ágil señorita, puede volar al pasado.
Supongamos que tenemos una hoja de papel en la que una dimensión espacial se presenta horizontalmente y en el tiempo verticalmente (Fig. 21.3). En este caso, su línea mundial es la barra verde en esta figura. Eres perezoso y solo te sientas en casa, por lo que tu línea mundial corre exactamente desde la parte inferior hasta la parte superior de la hoja. Sin embargo, en el espacio-tiempo curvo, se aplican diferentes reglas. Enrollemos la hoja horizontalmente en el cilindro pegando cinta adhesiva en la parte superior de la hoja. Ahora tu línea mundial es un círculo que es cosa del pasado.
Siempre estás avanzando hacia el futuro, pero en realidad te estás convirtiendo en el pasado. Lo mismo sucedió con la expedición de Magallanes: los marineros navegaron todo el tiempo hacia el oeste, rodearon toda la Tierra y regresaron a Europa. Esto nunca habría sucedido si la superficie de la Tierra fuera plana. Del mismo modo, el crono-viajero se mueve constantemente hacia el futuro, pero si el espacio está lo suficientemente curvado, puede regresar a los eventos que sucedieron en su pasado.
»Se puede encontrar más información sobre el libro en
el sitio web del editor»
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Tyson