El Tiempo en la Física: Generalidades y Teorías

¿Qué es el tiempo en física?

La teoría del tiempo parece sencilla, pero los físicos están de acuerdo en que es un concepto difícil de entender por completo. La mayoría de las ciencias simplemente definen el tiempo como una medida de segundos, minutos, horas, etc. Sin embargo, qué es el “tiempo” es un tema más difícil de abordar en la física. En lo que se refiere a la física, el tiempo es la medida de un cambio en una cantidad física, como la posición del sol en el cielo o un latido del corazón. Es una magnitud que se utiliza para cuantificar la duración de eventos disímiles. El tiempo también es una línea infinitamente divisible e interminable que no se puede cuantificar.

El tiempo es un concepto fundamental que es un componente de varias otras áreas de estudio. Por ejemplo, el tiempo juega un papel en teorías como la rapidez y la velocidad. También es una variable utilizada para calcular la posición y el movimiento de los objetos. Al estudiar el tiempo más a fondo, ayuda a comprender estos conceptos y permite estudiarlos y comprenderlos a un nivel más profundo. La unidad estándar (unidad SI) para el tiempo que se utiliza es el segundo.

Importancia del estudio del tiempo en la física

La física es la única ciencia que estudia específicamente el tiempo. El tiempo y el cronometraje se han vuelto cada vez más importantes en el mundo real, tanto para fines científicos como generales. Por ello, se coordina a nivel internacional mediante relojes atómicos muy precisos. Debido a que se emplean varios factores para medir el tiempo, se utilizan múltiples estándares de tiempo. El tiempo estándar es lo que se usa en la vida real para la mayoría de las personas, representando la ubicación de una persona en la Tierra y dividiendo el globo en varias zonas horarias. El Tiempo Atómico Internacional (TAI) utiliza más de 200 relojes atómicos para determinar un promedio ponderado. Se sincronizan mediante señales de GPS y satélites, con relojes contribuyentes ajustados para su ubicación sobre el nivel del mar. Tiempo Universal (UT) se basa en la rotación de la Tierra y se calcula utilizando observaciones de fenómenos astronómicos (incluidas las observaciones de estrellas y cuásares), la Luna y los satélites artificiales, y las órbitas de los satélites GPS.

Sin embargo, el estándar de tiempo principal que utilizan las autoridades para regular los relojes es el Tiempo Universal Coordinado (UTC). UTC difiere del estándar de tiempo UT en aproximadamente 0,9 segundos. UTC usa la misma definición de segundos que el TAI, pero difiere de este estándar de tiempo en unos pocos segundos causados ​​por los ajustes de segundos para compensar los cambios de minutos en la rotación de la Tierra y los eventos cataclísmicos naturales.

Teorías del tiempo

La definición y el concepto de tiempo han cambiado a lo largo de los años. En el pasado, el tiempo se consideraba un valor absoluto que diferentes observadores verían exactamente de la misma manera. Desde que se presentó la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein, eso ha cambiado. Ahora se piensa en el tiempo como un concepto complejo que es relativo o está conectado con la ubicación del observador. Ahora existen múltiples teorías para explicar qué es el tiempo y cómo funciona. Las siguientes secciones describen los conceptos básicos de varias teorías del tiempo actual.

Teorías del Tiempo en la Física Clásica

El tiempo se considera comúnmente en la física clásica como tiempo absoluto, a veces conocido como tiempo newtoniano porque Isaac Newton fue un firme partidario de él. El tiempo absoluto significa que el tiempo es independiente de cualquier persona o cosa que lo perciba. Se mueve a un ritmo constante a lo largo de todo el universo. Se cree que tiene cualidades matemáticamente imperceptibles. Este concepto es cómo la mayoría de la gente ve y experimenta el flujo del tiempo.

Teorías del Tiempo en la Física Cuántica

La relatividad juega un papel importante en la física cuántica, que observa de cerca las partículas subatómicas para comprender su comportamiento y cómo controlan la forma en que funcionan las cosas. El tiempo relativista es el concepto de que el tiempo está vinculado al lugar donde se encuentra un observador y, por lo tanto, será diferente para los observadores en diferentes lugares con distintos movimientos. Esto significa que no existe un tiempo único, ya que la percepción del mismo puede cambiar o retrasarse en diferentes condiciones.

Un concepto en la mecánica cuántica es que los aspectos de la vida y el universo están cuantificados (compuestos de paquetes discretos no divisibles llamados cuantos). El tiempo, sin embargo, es una propiedad suave y continua que no puede cuantificarse. Se han realizado pruebas para probar esta teoría, observando los cambios químicos que ocurren en el menor tiempo posible de medir (alrededor de 10 a 15 segundos), y han demostrado que el tiempo es suave y continuo.

Universo de bloques Teoría del Tiempo

La teoría del universo de bloques lleva la teoría del tiempo en una dirección completamente nueva. De acuerdo con esta teoría, el tiempo es solo una ilusión, y el cerebro humano simplemente es engañado para que crea que el tiempo avanza en un continuo lineal. La teoría del universo de bloques establece que todo el tiempo y el espacio están contenidos en un bloque de cuatro dimensiones y que el pasado, el presente y el futuro existen simultáneamente dentro de este bloque. La idea, por lo tanto, hace que viajar en el tiempo sea una posibilidad en teoría. Por supuesto, existen restricciones para viajar en el tiempo, incluso con esta teoría. La gente necesitaría crear la capacidad de viajar casi a la velocidad de la luz y también usar agujeros de gusano para viajar de un lugar a otro en el espacio-tiempo.

Teoría-A y Teoría-B del Tiempo

Dos teorías adicionales son la teoría A y la teoría B. La teoría A del tiempo, también conocida como la teoría temporal, reconoce el pasado, el presente y el futuro y cree que los eventos caen en una de estas categorías. Ordena los eventos en pasado distante, pasado cercano, presente, futuro cercano y futuro distante y reconoce que los eventos están relacionados temporalmente entre sí.

La teoría B del tiempo percibe el tiempo no como pasado, presente o futuro, sino como sin tiempo; por lo tanto, también se llama la teoría sin tiempo. Esta teoría rechaza cualquier noción de tiempo como dinámico o cambiante, y cree que nada puede cambiar porque no hay pasado, presente o futuro. Cada evento se establece permanentemente en su propia ubicación temporal y es estático.

Características del tiempo en la física

Con el estudio enfocado del tiempo en la física, se han teorizado y desarrollado características específicas del tiempo. Estas características incluyen:

• La línea de tiempo se considera una “flecha del tiempo”, que es una dirección unidireccional.
• Hasta cierto punto, se ordenan tiempos diferentes. Cómo se ordenan depende de la teoría.
• Dependiendo de la teoría que se siga, la respuesta a si el tiempo es real varía. Algunas teorías dicen que lo es, mientras que otras dicen que es más una ilusión o un producto del cerebro humano.
• El tiempo es un factor en el movimiento y la velocidad. A medida que la ubicación del objeto cambia en relación con el tiempo, se dice que está en movimiento. El tiempo es parte de la ecuación para calcular la rapidez y la velocidad.

Resumen de la lección

En física, el tiempo se define como la medida de un cambio en una cantidad física o una magnitud utilizada para cuantificar la duración de los eventos. La física es una rama de la ciencia que estudia el tiempo, una importante cantidad fundamental que es un componente del cálculo y la comprensión de otras áreas, como la rapidez, el movimiento y la velocidad. La mayoría de los físicos ven esta cantidad como una flecha del tiempo que va en una dirección y ordena el tiempo (aunque cómo depende de la teoría). El tiempo y el cronometraje son esenciales en la vida real y se coordinan a nivel internacional. La unidad estándar de tiempo es el segundo. Se utilizan varios estándares de tiempo para realizar un seguimiento del tiempo. El tiempo universal coordinado, o estándar UTC, es el método utilizado por la mayoría de las autoridades para regular los relojes.

Abundan las teorías que intentan explicar qué es realmente el tiempo. La física clásica define el tiempo absoluto como el tiempo que se mueve a un ritmo constante y es independiente de cualquier observador. La física cuántica contiene la teoría del tiempo relativista, el concepto de que el tiempo está vinculado a la ubicación de un observador y es diferente para los observadores en diferentes ubicaciones. La teoría del universo de bloques establece que el tiempo es una ilusión. Todo el tiempo y el espacio están contenidos en un bloque, y el pasado, el presente y el futuro existen simultáneamente dentro de ese bloque (lo que hace que viajar en el tiempo sea una posibilidad teórica). La teoría A afirma que hay un pasado, un presente y un futuro que están temporalmente relacionados entre sí. La teoría B no cree en la existencia de un pasado, un presente o un futuro, sino que afirma que todo evento está fijado permanentemente en su propia ubicación temporal.