Preguntas y respuestas sobre el espacio y el tiempo

 

Preguntas

 

1.       ¿El espacio y el tiempo existen objetivamente o sólo en nuestra mente?

[Problema de la objetividad / subjetividad]

 

2.       ¿En ausencia de materia existen el espacio y el tiempo?

[Problema de la existencia independiente o debate substancialismo vs relacionismo]

 

3.       ¿El espacio-tiempo es discreto o continuo?

[El problema de la microestructura cuántica]

 

4.       ¿El espacio y el tiempo son emergentes?

[Integra las preguntas 2 y 3]

 

5.       ¿Espacio y tiempo son entidades separadas?

[El problema de la doble naturaleza] [¿En qué sentido son distintos entonces?]

 

6.       ¿El tiempo fluye? ¿Existe sólo el presente?

[Debate presentismo vs eternalismo (universo de bloque)]

 

7.       ¿Qué define el sentido del tiempo?

[El problema de la flecha del tiempo]

 

8.       ¿El espacio es un mero escenario inmutable y pasivo? ¿Un punto espacial permanece idéntico a sí mismo a lo largo del tiempo?

[Problema del carácter absoluto del espacio]

 

9.       ¿El espacio-tiempo es de carácter material?

[El problema de la naturaleza del espacio-tiempo]

 

10.   ¿El tiempo fluye a un ritmo constante?

 

11.   ¿El tiempo propio fluye a un ritmo constante?

 

 

Respuestas

 

1.       ¿El espacio y/o el tiempo existen objetivamente o sólo en nuestra mente?   Agustín de Hipona, Hume y Kant dan respuesta subjetivista.  Esta ruta no tiene importancia para entender el tiempo o el espacio como tales, pero da pié a investigación empírica, científica, en psicología y biología.  Aquí el problema es otro: ¿cómo un animal percibe o calcula el tiempo o el espacio? (en particular el Homo Sapiens) Otros problemas similares: investigación sobre los ritmos biológicos, celulares, etc.

Respuesta actual: el espacio y el tiempo tienen existencia independiente de los sujetos humanos o de cualquier otro sujeto cognoscente.

 

2.       ¿En ausencia de materia existen el espacio y/o el tiempo?  La respuesta relacionista es defendida por Aristóteles, Descartes (1644), Leibniz (1715), Mach (1883).  Newton es substancialista (1687).  Einstein es influido heurísticamente por el relacionismo para construir la teoría de la relatividad especial (1905) y luego la general (1915), pero finalmente, tras el debate con De Sitter (1916-17), se torna substancialista (1920) (Gutfreund y Renn).  Bunge es relacionista (1983), pero al parecer cambió al final de su vida tras la detección de ondas gravitacionales en 2015.

Respuesta actual: el espacio-tiempo tiene existencia independiente de la materia.

 

3.       ¿El espacio-tiempo es discreto o contínuo?   En física relativista se entiende el espacio-tiempo como un campo continuo.  Y ese es el conocimiento científico válido hoy.  Pero hay exploraciones en gravedad cuántica (ver Carlo Rovelli) que apuntan a una microestructura a nivel de la escala de Planck.  Lo cierto es que la física relativista encuentra el límite en la escala de Planck, así como en las singularidades en el centro de agujeros negros y en el inicio del Big Bang.

Respuesta actual: la Relatividad General está vigente y no está probado que el espacio-tiempo tenga una microestructura.

 

4.       ¿El espacio y/o el tiempo son emergentes?   La visión relacionista puede entenderse como un enfoque emergentista, aunque el concepto “emergencia” es posterior.  Este concepto aplica mejor para la gravedad cuántica de bucles que concibe al espacio-tiempo como emergente a partir de una microestructura aún en investigación (Rovelli).

Respuesta actual: la misma de la pregunta anterior, no hay prueba de emergencia por ahora.

 

5.       ¿Espacio y tiempo son entidades separadas?  Siempre se consideraron entidades separadas hasta Einstein y Minkowski (1908).  Hoy está claro que constituyen una sola entidad (el campo espacio-temporal), así como electricidad, magnetismo y luz constituyen una sola entidad, el campo electromagnético.  Más aún, espacio-tiempo y gravedad son una sola entidad.  Lo que antes eran tres entes diferentes, espacio, tiempo y gravedad, hoy son uno solo, acorde a la TGR (Teoría General de la Relatividad).  Pero la inseparabilidad de fondo no niega que se trata de dos manifestaciones distintas.  El espacio-tiempo es un continuo cuatridimensional, pero el tiempo, como cuarta dimensión no es una dimensión espacial.  El ente espacio-tiempo tiene una geometría física de cuatro dimensiones, tres espaciales y una temporal.  El componente espacial y el componente temporal son relativos al sistema de referencia, pero el intervalo espacio-temporal no.

Respuesta actual: espacio, tiempo y gravedad constituyen una sola entidad, son inseparables, pero el tiempo no se reduce a una dimensión espacial (queda un toque de misterio).

 

6.       ¿El tiempo fluye? ¿Existe sólo el presente?   Este debate sigue abierto, pero parece imponerse el eternalismo a pesar de lo contraintuitivo (en la vida práctica cotidiana todos somos presentistas).  Einstein, al final de su vida, negaba el fluir del tiempo, un pronunciamiento que algunos confunden con la negación del tiempo objetivo.  Que el fluir del tiempo sea una ilusión no significa que el tiempo sea una ilusión.  La opción eternalista se expresa con la idea del “universo de bloque”, una idea al mejor estilo de Parménides.  Según esta idea existe el universo pasado-futuro, todo como un solo bloque.

Respuesta actual: abierta.

 

7.       ¿Qué define la dirección (sentido) del tiempo?   Hay dominios de la física donde la dirección (sentido) del tiempo es irrelevante.  Es con el desarrollo de la termodinámica que aparece la “flecha del tiempo” como si fuese una propiedad emergente. Sin embargo, hay fenómenos como la radiactividad o la expansión del universo y quizás ciertos fenómenos de los agujeros negros que también presentan un sentido unidireccional del tiempo.  El asunto sigue siendo materia de debate.

Respuesta actual: abierta.

 

8.       ¿El espacio es un mero escenario inmutable y pasivo? ¿Un punto espacial permanece idéntico a sí mismo a lo largo del tiempo?   El único que defendió la idea de espacio absoluto fue Newton.  Sin embargo, su impacto fue tal que la idea terminó siendo aceptada gracias al enorme éxito predictivo de su dinámica.  Sin embargo, hoy sabemos que la dinámica de Newton no exige el espacio absoluto (ver Maudlin, Penrose).  Ese concepto metafísico que Newton utilizó para poder desarrollar su dinámica fue como un andamio, del cual podemos prescindir una vez aparecen nuevas herramientas matemáticas. 

El espacio absoluto de Newton tiene 4 características:

·         Existe objetivamente, esto es, con independencia del sujeto

·         Existe con independencia de la materia  (choca con Leibniz)

·         Es un escenario inmutable y pasivo (no cambia nada, nada lo cambia)

·         Cada punto espacial mantiene su identidad a través del tiempo  (choca con Galileo)

La Relatividad General no destruyó las dos primeras, pero sí la tercera.  Y al parecer la cuarta característica también la destruyó (como corresponde a los tres principios de relatividad, el de Galileo, el de la Especial y el de la TGR) (ver Maudlin), pero aún tengo una duda que se relaciona con las ondas gravitacionales.

Respuesta actual: la idea de espacio absoluto fue desechada.

 

9.       ¿El espacio-tiempo es de carácter material?   Las ideas de espacio como éter aristotélico, extensión cartesiana, éter luminífero mecánico (siglo XIX), estaban equivocadas en diversos aspectos.  La idea de vacío que viene desde los atomistas y fue defendida por Newton triunfó hasta el siglo XX.  Pero la ironía es que hoy por hoy, tanto desde la física cuántica como la relativista, no existe un auténtico vacío.  Y acorde a la TGR el espacio-tiempo es un campo energético, es decir, de carácter material.

Respuesta actual: el espacio-tiempo es de carácter material.

 

10.   ¿El tiempo fluye a un ritmo constante?   La variabilidad en el fluir del tiempo siempre se pensó en términos subjetivos, como tiempo psicológico.  Pero Einstein, en 1905, mostró que el tiempo objetivo depende del movimiento (velocidad) con respecto al sistema de referencia que lo mide y con la relatividad general mostró que el tiempo depende de la gravedad, o mejor, que el tiempo intrínsecamente unido al espacio es la gravedad misma.  Pero también mostró que el tiempo propio no varía.  El ritmo del tiempo varía entre sistemas de referencias que se muevan entre sí, pero no hay ningún cambio de ritmo observable o medible por un reloj o un ser vivo en el sistema de referencia propio.

Respuesta actual: el tiempo no fluye a un ritmo constante.

 

11.   ¿El tiempo propio fluye a un ritmo constante?   En 1918 Herman Weyl exploró un desarrollo matemático que llevaba a la extraordinaria conclusión de que el tiempo propio y la masa eran “dependientes del camino”, es decir, que eran afectados por su historia en el espacio-tiempo (su línea de universo).  Einstein no puso objeción a la construcción matemática que parecía ser consistente, pero sí a su conclusión física que era contradictoria con los experimentos.

Respuesta actual: el tiempo propio es absoluto.

 

Barranquilla, 26 de febrero de 2021