La ciencia en el cine: ¿Son posibles los viajes en el tiempo?

Viajar al pasado o al futuro ha sido un tema recurrente en la literatura, en el cine y en la imaginación humana. Desde libros como La máquina del tiempo a la saga de Volver al futuro en el cine. ¿Pero es realmente posible construir una máquina del tiempo? ¿Permiten las leyes de la física viajar a través del tiempo? Tomando como base la saga de Marty McFly y el Dr. Emmet Brown, y aprovechando que un día como hoy (pero en el año 1955) el “Doc” habría concebido la idea del condensador de flujos “que es lo que hace posible viajar en el tiempo”, podremos ver que algunos conceptos físicos usados en la película son posibles en la realidad, no de forma literal pero sí al menos en su forma más general.

Según nuestra física actual, el análisis del viaje al futuro y del viaje al pasado presentan cuestiones diferentes, así que dividiremos el problema en 2 partes y analizaremos las posibilidades de cada una desde una perspectiva objetiva y realista. Pero antes que nada, necesitamos armarnos de unos cuantos conceptos de la física, los cuales presentaremos en términos sencillos para una fácil comprensión.

Conceptos previos

La relatividad y el tiempo absoluto

De la teoría de la relatividad ya habíamos hablado, en una entrada dedicada al aniversario del nacimiento de su autor, Albert Einstein. Ahora, para poder discutir la posibilidad de los viajes en el tiempo, es necesario recordar cómo es que la teoría de la relatividad cambia nuestro concepto de tiempo.

Hasta antes de la teoría de la relatividad se creía que el tiempo era absoluto. Esto significaba que podíamos decir que cada acontecimiento del mundo duraba un cierto intervalo de tiempo o que ocurría en un determinado instante de tiempo. Este tiempo asignado era único, y dos personas que midieran este tiempo obtendrían exactamente el mismo resultado (a menos que uno de los dos se haya equivocado en su medición o hayan usado un reloj malogrado). Pero la teoría de la relatividad de Einstein puso fin a la idea de un tiempo absoluto, y en vez de ello cada persona lleva su propia medida del tiempo, indicada por un reloj que llevase consigo, y observadores diferentes que midan el tiempo de un mismo suceso no necesariamente obtendrán el mismo resultado.

Para entender por qué, recordemos el experimento del tren propuesto en la entrada anterior: Dos amigos, Juan y Pedro, juegan a lanzarse una pelota subidos en un tren que viaja a una velocidad constante de 40 km/h mientras que María los observa a un lado de las vías del tren. En un momento dado, Juan lanza la pelota a Pedro a una velocidad constante de 5 km/h. ¿Cuál será la velocidad “real” de la pelota? Uno podría pensar que la velocidad es siempre de 5 km/h porque a esa velocidad fue lanzada; pero según la teoría de la relatividad, la velocidad de la pelota es “relativa” a la persona que la mida. Así, para Juan o para Pedro la velocidad de la pelota será efectivamente de 5 km/h; pero para María la velocidad será de 45 km/h, es decir, la velocidad a la que viaja la pelota más la velocidad a la que viaja el tren. ¿Quién de los 3 tiene la razón? Según la relatividad, los 3 tienen la razón, puesto que las medidas son todas equivalentes entre sí, y no hay motivo para preferir una respuesta a la otra.

Siguiendo un razonamiento parecido, se puede observar que la gravedad también afecta nuestra medición del tiempo, en un efecto llamado dilatación (o contracción) temporal. Imaginemos a 2 astronautas en un cohete espacial, uno en la base y el otro en la cima, e imaginemos que el cohete es tan pero tan largo que la luz tarda un segundo en ir de la cima a la base. El astronauta de arriba envía cada segundo un pulso de luz a su compañero de abajo mientras el cohete permanece flotando en el espacio, sin gravedad. En tal situación, el astronauta de abajo recibirá el pulso de luz de su compañero cada segundo porque así se lo envían desde arriba. Pero si en cambio suponemos que el cohete comienza a avanzar con aceleración constante, encontraremos que cuando el astronauta en la punta del cohete envíe pulsos de luz cada segundo, su compañero de abajo los irá recibiendo a intervalos cada vez menores a 1 segundo. Esto es así porque a medida que el cohete avanza cada vez más rápido, en el momento que el astronauta de arriba envíe su siguiente pulso de luz, el pulso deberá viajar una distancia cada vez menor como producto del avance del cohete, y dado que la velocidad de la luz es la misma para todos, el tiempo en el que el pulso de luz llega hasta abajo será menor cada vez.

Para complicar las cosas, la relatividad predice que este mismo efecto ocurrirá si el cohete, en lugar de moverse con aceleración constante, estuviese bajo la influencia de un campo gravitatorio, como sucedería por ejemplo si el cohete estuviese no flotando en el espacio sino en una plataforma de lanzamiento en la superficie de la Tierra. Este efecto precisamente puede ser aprovechado para realizar un hipotético viaje en el tiempo en base a lo que se llama la paradoja de los gemelos.

La paradoja de los gemelos

El Dr. Brown hablaba mucho de paradojas, haciendo énfasis en sus consecuencias nefastas para nuestro universo. En realidad, una paradoja es una situación que encierra una contradicción en sí misma.

Consideremos un par de gemelos. Imaginemos una primera situación en la que uno de los gemelos se va a vivir en la cima de una montaña y el otro al nivel del mar. Al cabo de unos años, cuando ambos se vuelvan a reunir, el gemelo que se quedó a vivir al nivel del mar será más joven que el segundo, cuando lo lógico sería que ambos tengan siempre la misma edad (pues son gemelos y nacieron prácticamente al mismo tiempo). ¿Por qué sucede esto? Esta diferencia de edades surge a partir de la dilatación temporal: La teoría de la relatividad establece que el tiempo debería ir más lento cerca de un cuerpo con gran masa (como el planeta Tierra) debido a la atracción gravitatoria de este cuerpo. Debido entonces a la dilatación temporal, el gemelo que se quedó a vivir al nivel del mar envejecerá más lento que el que se fue a vivir a la cima de la montaña, porque al nivel del mar la atracción gravitatoria de la Tierra es más intensa.

Ahora consideremos una segunda situación en la que uno de los gemelos se queda el planeta Tierra mientras que el otro se sube a una nave espacial que acelera casi hasta la velocidad de la luz, recorre un cierto tramo y luego regresa a la Tierra. Resulta ahora que el gemelo que hizo el viaje es ahora más joven que el segundo.

Paradoja de los gemelos

A este tipo de situaciones en las que un gemelo se hace más joven o más viejo que el otro se les conoce como la paradoja de los gemelos. Pero es sólo una paradoja si tenemos en mente la idea de un tiempo absoluto, que era lo que se creía antes de Einstein.

El límite de la velocidad de la luz

La relatividad también establece que nada se puede mover más rápido que la luz. Esto debido a la llamada equivalencia entra masa y energía, expresada en la famosa ecuación E = mc2 (donde E es la energía del cuerpo, m la masa del mismo y c la velocidad de la luz). En un cuerpo que se mueve con aceleración constante, la energía que el cuerpo va ganando se añade a su masa, incrementándola. Conforme la velocidad del cuerpo se vaya acercando cada vez más a la velocidad de la luz, el incremento en su masa será cada vez mayor, con lo cual será mayor la cantidad de energía necesaria para mantener al cuerpo moviéndose a esa velocidad. Llegará entonces un momento en que cuando el cuerpo esté moviéndose casi a la velocidad de la luz, su masa se hará infinita (y se requerirá entonces una cantidad infinita de energía para moverlo a esa velocidad) por lo que nunca podrá alcanzar la velocidad de la luz.

Este efecto solo es realmente significativo para cuerpos que se mueven con velocidades muy cercanas a la velocidad de la luz. Por ejemplo, para un cuerpo que se mueve al 10% de la velocidad de la luz, su masa sería sólo del 0,5% que en reposo; pero para un cuerpo que se mueve al 90% de la velocidad de la luz, su masa sería de más del doble. Entender esto es importante puesto que, como veremos, viajar a través del tiempo implica poder viajar más rápido que la luz.

Viajar al futuro

Es posible viajar al futuro. La teoría de la relatividad establece que es posible enviar información al futuro, lo que permitiría (en teoría al menos) construir una máquina que nos lleve hacia el futuro. Pero si la teoría lo permite, ¿por qué nadie hasta ahora ha construido una? La respuesta es que aún no tenemos la tecnología necesaria para hacerlo; pero esta es una cuestión de ingeniería más que de física, se sabe que en teoría el viaje es posible.

En las películas, el Dr. Brown construye su máquina del tiempo montada sobre un automóvil a gasolina común y corriente. Esta máquina requiere una cantidad enorme de energía para funcionar, a saber, de 1,21 jigowatts (gigawatts) de potencia. Además, el vehículo debe iniciar un viaje en línea recta y acelerar hasta alcanzar las 88 millas por hora (o poco más de 140 kilómetros por hora) antes de poner en marcha los “circuitos del tiempo”.

La máquina del tiempo DeLorean en Volver al futuro

El haber usado un automóvil DeLorean DMC-12 para construir tal máquina fue, según su inventor, meramente por razones estéticas:

— [Doc, usted] construyó una máquina del tiempo… ¡¿con un DeLorean?!

— Marty, si vas a viajar en el tiempo debes hacerlo con estilo.

Pero en la realidad no es tan descabellado el que una hipotética máquina del tiempo real deba moverse en el espacio y acelerar hasta llegar a una cierta velocidad crítica. En la física real, un modo de viajar hacia el futuro es aprovechando lo que ocurre con la paradoja de los gemelos comentada anteriormente: Nos subimos a nuestra máquina del tiempo, despegamos y aceleramos hasta alcanzar una velocidad tremendamente grande, recorremos un trecho (cuyo largo dependerá de qué tan lejos queramos viajar en el tiempo) y luego regresamos. Cuando hayamos vuelto, habrá pasado más tiempo en la Tierra que en nuestra máquina del tiempo: Hemos viajado al futuro. Si queremos ser más extremos, podemos viajar bajo la influencia de un campo gravitatorio sumamente intenso (por ejemplo en órbita alrededor de un agujero negro) y por un espacio de tiempo bastante prolongado (por ejemplo 5 años). La fuerza gravitatoria de un agujero negro es mucho más intensa que la de cualquier otro cuerpo celeste conocido, por lo que su efecto en el tiempo serán también mayores.

Un problema con este método se origina por la velocidad a la que debería viajar nuestra máquina del tiempo para lograr su cometido, y que es muchísimo más que 88 millas por hora. Si realmente hiciéramos un viaje al futuro, podríamos llegar a nuestro destino incluso antes de partir. Pero para que algo como eso sea posible deberíamos ser capaces de poder viajar más rápido que la luz, y eso es algo que la teoría de la relatividad prohíbe expresamente, ya que debido a la equivalencia entre masa y energía, todo objeto con masa está condenado a moverse a una velocidad siempre inferior a la de la luz. Curiosamente, en las películas no hay una relación importante entre la velocidad a la que se debe viajar y la energía necesaria para efectuar dicho viaje (la energía eléctrica extra alimenta la circuitería de la máquina del tiempo, pero el motor que hace avanzar y acelerar al vehículo es alimentado con gasolina común).

Agujero de gusano entre la Tierra y Alfa CentauriUna alternativa para sortear este límite de velocidad es tomar un atajo entre nuestro punto de partida y el de llegada a través de un agujero de gusano. Para entender qué es eso, imaginemos una manzana y un inquieto gusano sobre ella. Si el gusano quisiera viajar de un punto cualquiera de la manzana al punto opuesto, podría recorrer la superficie de la manzana bordéandola hasta llegar al otro lado; pero el gusano podría tomar un atajo cavando un agujero en la manzana y atravesándola por el centro. Eso es un agujero de gusano: Llevado a una escala astronómica, es como un puente o tubo que conecta dos regiones del espacio muy distantes (espacialmente) entre sí.

¿Cómo permite esto el viajar al futuro? Imaginamos la situación siguiente: Estamos en el estadio y acabamos de ver el final de la carrera por la medalla de oro en atletismo de las olimpiadas del año 2060, y ya sabiendo quién ganó la medalla decidimos viajar a una colonia extraterrestre en el sistema de Alfa Centauri (la estrella más cercana a nosotros después del Sol). Debido a la enorme distancia entre la Tierra y Alfa Centauri, la información de los resultados de la carrera tardaría normalmente unos 4 años en viajar de un lado a otro a la velocidad de la luz; pero si existiese un agujero de gusano que conectase nuestra región del espacio con la de Alfa Centauri, podríamos llegar en menos tiempo, y como habremos llegado antes que la información “oficial” de la carrera, podemos hacer apuestas sobre quién ganará la carrera pero sabiendo ya de antemano quién la ganó. En otras palabras, habríamos llegado a Alfa Centauri llevando información del futuro.

Viajar al pasado

A diferencia del viaje al futuro, la posibilidad de viajar al pasado conlleva cuestiones más serias. Una de las más conocidas es la llamada paradoja del abuelo: Supongamos que viajo al pasado y mato a mi propio abuelo antes que yo haya nacido. Si mi abuelo muere, yo nunca habría podido nacer; pero si yo nunca nazco en el pasado, ¿cómo hubiera podido en el presente hacer mi viaje en el tiempo si en realidad nunca habría existido?

Hay dos posibles soluciones para evitar esta paradoja y de paso proteger nuestras propias vidas de posibles asesinos en el tiempo. La primera es llamada de historias coherentes, y significa que en caso viajamos hacia atrás en el tiempo, podremos seguir y vivir la historia pasada pero sin modificarla. Es parecido a ver una película: Podemos ver la historia y disfrutar en ella, pero no podemos cambiar la trama ni los acontecimientos de la película.

La otra posibilidad es llamada de historias alternativas, y significa que si viajamos al pasado y alteramos algo, nuestro presente y nuestro futuro no sufren cambios, sino que se abre una línea temporal alternativa que continúa los hechos a partir del instante del cambio. Es la misma idea que explicó el Dr. Brown cuando él y Marty llegaron al año 1985 “alterno” en el que Biff era millonario, el padre de Marty estaba muerto y el buen doctor estaba encerrado en un manicomio:

[Estamos en este] 1985 alterno. Alterno para tí, para mí, para Jennifer y para [mi perro] Einstein… pero “realidad” para todos los demás.

Hoy en día, la física moderna parece apoyar más la idea de las historias alternativas. La física cuántica establece que las partículas que se mueven en el espacio no siguen un solo camino (o “historia”), sino que siguen todos los caminos posibles al mismo tiempo. Es un concepto bastante enredado, difícil de entender y que contradice nuestro sentido común; pero para efectos de este artículo basta con comprender que si aplicamos esta idea al universo completo, surge la posibilidad de que existan todos los universos posibles al mismo tiempo, cada uno siguiendo su propia historia. A esta idea se le llama multiverso, y ya fue explorada también en la ciencia-ficción, por ejemplo en la película El único, en la que el protagonista viaja a través de universos paralelos para buscar y eliminar versiones de él mismo en tales universos. Aquí, la explicación del concepto de multiverso y las distintas versiones de uno mismo es bastante elocuente:

Aquí [en este universo] tú eres tú, en otro universo tú no existes, en otro estás muerto. Aquí estás casado con tu mujer, en otro universo estás casado con otra mujer, en otro estás casado con un hombre…

De hecho, la idea de historias alternativas es la que se explora precisamente en las películas de Volver al futuro, tanto para bien (por ejemplo con Marty convirtiendo el noviazgo de sus padres en una relación más provechosa para su familia) como para el mal (por ejemplo con Biff Tannen convirtiéndose en un poderoso y corrupto magnate de negocios haciendo apuestas con información traída del futuro).

Avances a la fecha

Gracias a los avances más recientes de la ciencia y la tecnología, hoy en día ya es posible enviar información al futuro. Aún no podemos enviar algo tan grande como un DeLorean (y de hecho aún estamos lejos de hacerlo), pero sí podemos enviar información entre átomos.

En el año 2012, un equipo de científicos propuso un experimento para transferir información entre el pasado y el futuro mediante el llamado vacío cuántico. La idea de este experimento (a grandes rasgos) es la siguiente: Se hacen interactuar 2 átomos llamados P (de “pasado”) y F (de “futuro”) con el vacío en un campo cuántico y en instantes de tiempo distintos. Se sabe que en la mecánica cuántica lo que llamamos el espacio “vacío” no puede estar completamente vacío, sino que en realidad está lleno de partículas “virtuales” que aparecen y desaparecen rápidamente provocando pequeñas variaciones llamadas variaciones cuánticas del campo. Es debido a estas fluctuaciones que los 2 átomos del experimento acaban fuertemente ligados, de modo que si se codifica el estado del átomo P, este estado luego puede ser recuperado después en el átomo F, y sin que ambos átomos interactúen entre sí.

Como dijimos líneas arriba, como parece ser que la física permite los viajes en el tiempo, debe ser cuestión de tiempo (valga la redundancia) que algún día podamos hacer que un objeto grande como un auto volador o una nave espacial viaje a través del tiempo. ¿Significaría entonces que nuestra propia existencia estaría en peligro? Tal parece que no, pues si la hipótesis de las historias alternativas es cierta, nada nos pasaría porque las consecuencias de haber matado a nuestro padre o abuelo antes de que naciéramos no los alcanzarían en nuestro universo. A esto último aún le falta comprobación científica, y hasta entonces el asunto de los viajes en el tiempo queda dentro del terreno de la ciencia-ficción. Pero como ya ha pasado antes, muchos logros de la ciencia y la tecnología se han visto primero en la ficción, así que la posibilidad aún está abierta.

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Danilo Quispe Lucana

Ingeniero de sistemas, desarrollador web y de software. Aficionado a la ciencia y tecnología desde chico.

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