Relativo, mi querido Batman.

Relatividad, Dilatación Temporal y Contracción Espacial:

Hay cosas que sabemos fijas. Un metro es un metro, acá, en China, en la luna y lo mismo pasa con una hora o un segundo, nos enseñaron toda la vida que son siempre fijos, aunque de chiquitos sabíamos que una hora jugando pasa más rapido que una estudiando.

Lo que pasa es que el "acá, en China y en la luna" es el punto de vista equivocado porque, aunque son lugares diferentes, van todos a la misma velocidad. Sí, la velocidad a la que vas afecta tu percepción del tiempo y las distancias (casi digo tiempo y espacio pero sonaba demasiado fancy).

Uno entiende que el tiempo es constante o que las distancias son constantes, pero hay que pensar que lo único constante es la velocidad de la luz, distancia y tiempo son relativos. 

A ver, por dónde empiezo... La mejor manera de pensarlo es imaginando que sos un murciélago. El sonido tiene una velocidad fija (cambia según el medio en que se desplaza, si es abajo del agua o a través de telgopor) pero la luz también, así que es un buen ejemplo. Sos ciego y te guiás por ecolocación. Cada tanto pegás un gritito que viaja en todas direcciones, cuando pega en la pared rebota y explota en todas direcciones y llega a tu oído. 

Te podés parar en la punta de tu habitación mirando a la pared y cerrar los ojos, hacer un ruido o pegar un grito y despues darte vuelta hacia el vacío infinito de tu habitación y repetir el sonido. Si lo intentás un par de veces sin abrir los ojos, te vas a dar cuenta de que se escucha diferente cuando gritás mirando a la  pared que cuando gritás mirando al resto de tu habitación. Eso es por cómo rebota el sonido y llega a tus oídos. 

Por ahi es difícil de explicar si te ven.

Bien, ya te tenemos ahí, murcielagado, sabiendo que el sonido rebota en la pared ya podés saber si hay pared o no. Con un poco de práctica podríamos hacerte dar vueltas hasta que pierdas la noción de dónde está la pared y dónde el vacío y ver si podés adivinarlo con los gritos. 

¿Para qué es todo esto? No puedo explicarte cómo sería el mundo si la luz viajase más lento pero sí puedo explicar cómo "ve" alguien que ve con el sonido, que es más lento por default.

Cuando uno empieza a caminar pegando gritos, aparte de informar a los vecinos que está completamente loco, tiene que hacerle algunos ajustes a su sistema de referencia. Ya no es como cuando estabas quieto que percibías dos sonidos distintos, mirando a la pared o mirando al vacío, ahora que vas caminando los sonidos también rebotan pero, igual que el eco, tardan un poco más en volver. 

Despues de todo este tiempo gritándole a paredes, asumo que desarrollaste la habilidad de calcular un poco las distancias, si gritás a la pared que tenés en la cara sabés que está cerca, si gritas a la que está en la otra punta sabés que está lejos, si gritás para la derecha sabés que está a un punto intermedio. Este cálculo que hacés, tiene que ver con cómo escuchás el sonido que rebota. La intensidad y el tiempo que tarda el sonido en llegar te dicen cuán lejos está la pared.

Entonces, sabemos que:

- Si vuelve rápido está cerca.

- Si vuelve en un ratito está lejos. 

- Si me rebota en el oído estoy casi besando la pared.

- Si no vuelve nunca es que no hay pared o está muy lejos. 

Ahora, ¡corré hacia la pared! Mientras gritás vas corriendo hacia la pared y vemos si te das cuenta de cuándo parar... Me gustaría pedir que se filmen haciendo esto y me manden los links, prometo no reirme.

Ok. ¿Por qué te diste la cara contra la pared? ¿o es que paraste muy lejos? es porque te cuesta calcular dónde está la pared cuando ya  habías aprendido a hacerlo estando quieto. Entonces, cuando vos mandás un grito y al mismo tiempo recorrés áreas, digamos a la misma velocidad (nadie corre a la velocidad del sonido ya se) ocurre que cuando el grito llega a la pared, vos también. No hay manera de escucharlo rebotar, no hay manera de verlo venir, estás ciego a esa pared... hasta que te la comés.

Pero ¿qué pasa si corro para el otro lado?...

Supongamos que tenés una pared a un metro de distancia, pegás un grito y empezás a correr para el otro lado y corrés rápido, casi tan rápido como el grito. Mientras el grito llega a la pared vos ya ganaste ventaja y mientras vuelve te seguís alejando. El grito posiblemente no te alcance nunca, pero si llega en dos horas podrías entender que rebotó en una pared que está aproximadamente a una hora de distancia. Pero... ¿cuán lejos tiene que estar una pared para que el grito llegue en dos horas? una hora viajando a la velocidad del sonido y una hora volviendo, ¡son como 1200 km de distancia!... 

No, nada que ver. Cuando pegaste el grito, la pared estaba a 1 metro, no a 1200km, tu concepción de la realidad está completamente equivocada. 

Entonces ¿qué paso? ¿cómo me puedo equivocar tanto si la pared estaba a un metro cuando empecé a correr? Cuando yo veo una pared, sé que está a un metro, no importa que esté corriendo.

Sí, es cierto, pero al estar corriendo a una velocidad tan infinitesimal al lado de la velocidad de la luz, el tiempo que tarda la luz en llegar a la pared y volver a vos es despreciable comparado con el tiempo en  que vos te alejás corriendo. 

Pero si alguien puede moverse a casi la velocidad de la luz, en el sentido contrario a la pared, la luz que rebota en la pared va a tardar mucho tiempo en llegar a donde estás vos y uno entiende las distancias por cómo ve la luz que le llega a uno. 

Si tengo una pared y un escritorio y el escritorio está al lado mío y la pared a un metro, cuando pegue el grito y salga corriendo (a casi la velocidad del sonido) para el otro lado, el sonido del escritorio me va a rebotar en la cara un poco  antes de que empiece a correr, pero el sonido de la pared me va a llegar en dos horas y yo voy a entender que la distancia entre el escritorio y la pared es de 1200km.

Wooooooooow wo wo wo wow ¿Querés decir que si me muevo a velocidades cercanas a la de la luz las cosas se empiezan a distorsionar y un palo que medía un metro puede medir un kilómetro?...

Sí, pero eso no es todo. 

Andá...

No, en serio, hay más. Más o menos vimos por qué la concepción de distancia que tenemos ahora está fijada porque no nos acercamos ni un poquito a lo que es la velocidad de la luz y se distorsiona cuando nuestro sistema de medir distancias (que es que la luz le pegue y vuelva) deja de ser instantáneo.

Y que pasa con el tiempo:

Acá es donde todo se va al carajo y no vamos a entender nada. Sí, no se fue al carajo todavía.

Tenemos que medir tiempo, podría decirte que cuentes hipopotamos, 1 hipopotamo, 2 hipopotamos... pero vamos con algo más preciso. 

Vamos a poner dos espejos paralelos con un haz de luz adentro, rebotando, un fotón solo si querés.

Sabemos que la velocidad de la luz es fija y eso nos da una especie de metronomo de luz que nos permite tener una sensacion del tiempo.

La luz se mueve a 299,792,458 metros por segundo pero no más de eso y si vos vas a 100 por la ruta y tenés que hacer 200 km en línea recta, los hacés en dos horas, pero si tenés que desviarte, el recorrido va a tardar más.

Supongamos que alguien viaja en un tren o una nave con uno de estos metronomos de luz en la mano. La luz tiene que recorrer la distancia que hay entre espejo y espejo y además desplazarse con el tren. Es como cruzar un río, vos nadás siempre a la misma velocidad, si el agua esta quieta cruzas derecho y tardas 5 minutos, pero si hay corriente tenés que volver lo que te desplaza la corriente por lo que tardás más. 

Si la luz del reloj del flaco que está viajando tarda más en llegar de espejito a espejito, alguien que lo ve de afuera va a entender que, comparado con su reloj, cada tick del metronomo es mas espaciado, cada segundo tarda más en pasar, lo que nos lleva a decir que cuanto más rápido te muevas más va a tardar el haz de luz en rebotar entre uno y otro.

Pero esto es, visto desde el punto de vista del flaco que esta abajo del tren, en cambio el que esta pancho sentado en el tren que viaja a casi la velocidad de la luz, ve su reloj siempre en su mano(sin alejarse de el a la velocidad de la luz). Para El el tiempo es normal (eso se llama tiempo propio) cada uno tiene su tiempo y cada uno lo percibe como  normal, uno vive su tiempo no importa a la velocidad en la que viaje. Pero si yo viajo a la velocidad de la luz, para el flaco que está quieto, yo viajé bocha de miles de años y para mí, el tiempo pasa normalmente. 

Está bien para el relojito de los espejos pero ¿por qué el tiempo pasa más lento?... Es buena pregunta,  pensá que lo mismo que pasa para los fotones pasa para todo, las vibraciones de los átomos, los impulsos electromagnéticos, todo se ve afectado por esta dilatación y si no fuese así, el que te viera de afuera vería el reloj moverse más lento pero el resto de las cosas moverse normalmente y no sucede así.

El camino a las estrellas empieza con algo de química.

Estaba por escribir sobre algo como que las capas de estrellas se pelan dejando materiales en las vecindades y colapsan emitiendo radiación que hacen que veamos nebulosas planetarias verdes, lo cual es super cool porque no hay estrellas verdes, pero me di cuenta que tendría que explicar bocha de cosas, así que voy a a hacer todo un desvío sobre cómo llegó el oxígeno a la estrella y otro día vuelvo sobre las Estrellas verdes:

Es cierto, estamos hechos de polvo de estrellas. Si así como suena, cuando el universo era joven era una masa homogénea, bien ordenadita, de los componentes fundamentales del universo: partículas subatómicas (quarks, snarks, starks, chuck norris y todo eso) que se fue expandiendo en lo que hora conocemos como el universo.

Rápidamente se armaron electrones y protones, que se amontonaron en un conglomerado de hidrógeno. Siendo el hidrógeno un protón y un electrón, es como el jardín de infantes de las partículas. Cuando estas partículas se acercan, se atraen por gravedad y se empiezan a acumular, juntas tienen una masa mayor y atraen a más partículas, un poco como cuando hay dos pibes que hacen quilombo en el jardín, el resto se acerca y se ponen a orbitar a la gente cool.

Toda esta gente cool se apelmaza en una bola de hidrógeno que, como en el subte, aumenta la temperatura, y gracias a una pequeña cosita llamada Efecto Túnel (ya voy a escribir sobre eso) tenemos un montón de hidrógeno haciendo fusión nuclear, sí, fusión nuclear, el sol es una bomba gigante.

La fusión de hidrógeno funciona más o menos así, cada hidrógeno tiene un protón en el medio, cuando los ponés muy juntos y los apretás mucho y a mucha temperatura, otra vez como en el subte, los dos núcleos se "fusionan" quedando un protón, un neutrón y un montón de partículas que a nadie le importan en este momento (neutrinos and stuff).

Ok, ahora tenemos un núcleo de un protón y un neutrón, cargado positivamente para que se le peguen electrones al rededor y, si no se durmieron en la clase de química en la secundaria, eso se llama deuterio, que es un isotopo del hidrógeno.

Hidrógeno, Deuterio, Tritio y la banda de los isótopos tienen la misma carga pero algunos pesan mas que los otros (más masa).

Sí, exactamente a eso me refería.

Si aumenta la masa la atracción es mayor, la temperatura aumenta, la presión también y ahora la fuerza que hacía que dos protones con carga positiva no se acerquen ya no es suficiente, forzando a otra fusión: la del Helio (dos protones, dos neutrones) que es una partícula alfa, ¿se acuerdan? ¿no?

De cualquier manera, esta partícula alfa tiene más masa, más atracción, genera más presión, más temperatura y PUM! dos protones y dos neutrones chocan y se fusionan en algo super genial llamado Berilio 8, que es básicamente eso, 4 protones 4 neutrones.

Una expedición de científicos buscando esferas de berilio [galaxy quest]

Si no escucharon hablar del berilio, es porque decae rápidamente, esto es, se rompe de nada, sólo por existir se separa otra vez en dos helios. Pero existe el tiempo suficiente como para que en el ambiente en el que está, rodeado de un montón de helio, a mucha presión, a altísimas temperaturas, en una de esas se fusione con otra partícula de helio-4 y quede algo que tiene número atómico 12, 6 protones 6 neutrones, el viejo y conocido carbono. Sip, ahí está: carbono.

Si la estrella es suficientemente grande, va fusionar carbono 12 con hidrógeno, que es super inestable y va pasar de tener 12 a 13, 14 y eventualmente tener 16, donde se parte en carbono 12 y un hidrógeno 4 o se queda como oxígeno (8 protones 8 neutrones).

Hecha esta aclaración, ahora voy a poder explicar qué pasa con las estrellas cuando tienen o no tienen la suficiente masa y qué pasa si se quedan en la mitad del ciclo, si se les acaba el combustible y todo eso. De regalo les dejo una foto de una nebulosa planetaria así no se sienten estafados.

La flecha del tiempo

La flecha del tiempo, pasado, futuro y las simetrías del universo.

Minute physics [link] es una serie de videos donde explican brevemente varios conceptos interesantes sobre física. El primero que voy a poner es uno realizado con la ayuda de Sean Carroll. [G+] 

Sean es uno de mis físicos favoritos y tiene la capacidad de explicar cosas de una manera muy clara.

La flecha del tiempo:

Parece ser claro para nosotros que el tiempo tiene una dirección, somos perfectamente capaces de distinguir el pasado del futuro, empezando por el hecho de que podemos recordar el pasado y no el futuro.

Esta distinción que hay entre pasado y futuro, no parece estar asentada en las reglas básicas de la física, no hay una distinción para la cual el tiempo tenga que ir para un lado y no para el otro, es como el espacio, si uno esta flotando en el espacio cualquier dirección es indistinguible de las otras y no hay una regla que indique que se puede realizar el camino de una sola manera o en un sólo sentido.

La única noción que parece indicar la tendencia del tiempo es la de la entropía. La entropía es una medida del "desorden" de un sistema, es la cantidad de formas indistinguibles en la que podes ordenar un sistema determinado. Un sistema ordenado (tu ropa en el cajón) tiene baja entropía, las maneras en las que la ropa puede estar ubicada son pocas, las remeras de color en el primer cajón, las remeras blancas en el segundo o las remeras blancas en el primero y las de color en el segundo. Un sistema desordenado tiene muchas mas opciones de cómo encontrarse, la remera roja sobre la silla, la blanca en el piso, la negra abajo de la cama, la marrón en el segundo cajón y las combinaciones son muchísimas.

Todas las diferencias que entendemos entre el pasado y el futuro están relacionadas básicamente al concepto de que en el pasado el nivel de entropía era menor.

Cuando ordeno mi cuarto la entropía disminuye, es cierto y como tu cuarto es un sistema, lo que hacés al ordenarlo es ingresar trabajo y disminuir la entropía, pero la idea es que en un sistema cerrado, al que no lo influencio desde afuera, la entropía aumenta. Esa es la segunda ley de la termodinámica [Wiki].

El universo estaba en un estado ordenado y evolucionó a un estado desordenado, aumentando la entropía del sistema. Comenzó como una masa pareja de mucha densidad donde no tenía mucho lugar donde ubicarse, como los 6 huevos que hay en tu heladera pueden ordenarse de diferentes maneras pero están todos uno al lado del otro (de manera indistinguible) y evolucionó a un montón de huevos contra la pared y el piso, en un sistema con mucha mas entropía.

Ese aumento de entropía es lo que nos da la noción del tiempo, es la razón por la cual si vemos un video de un florero que se cae al piso y se rompe es algo que entendemos como natural y si vemos el mismo video en para atrás, nuestro cerebro entiende que hay algo que no está bien con que los pedazos de un jarrón en el piso vuelen hasta la mesa y se armen en un florero.

Lo que resulta extraño, es que el universo, en algún momento estuvo en un estado ordenado, porque...?

¿Por qué el universo estaba en este estado? Bueno, la verdad es que no sabemos, tenemos un par de ideas, algunas de las cuales pueden ver en este video de [Sean] en una TedxTalk, pero voy a tener que dejarlo para otro momento.