Espacio-Tiempo ¿Sabes qué es? Descúbrelo aquí

El Espacio-Tiempo, consiste en una teoría la cual fue formulada por el famoso matemático Albert Einstein. En el siguiente artículo conoceremos más acerca del Espacio-Tiempo, las teorías sobre ello y mucho más sobre el.

¿Que es el Espacio-Tiempo?

El famoso científico de la historia llamado Albert Einstein fue quien llegó a formular dicha expresión del llamado Espacio – Tiempo partiendo desde su teoría sobre la relatividad especial, la cual consiste en donde el plantea que el tiempo no puede llegar a separarse de las 3 dimensiones espaciales, sino que como ellas, el tiempo suele depender del estado del movimiento del observador. Por naturaleza tan solo son 2 observadores los que medirán los tiempos distintos, para el intervalo entre 2 sucesos, esta diferencia en los tiempos dependerá de la velocidad relativa entre los mismo observadores.

De la misma manera, si se llegase a plantear la teoría de que el universo tiende a contar con tan solo unas 3 dimensiones espaciales físicas que se pueden llegar a observar, es común el llegar a considerar al tiempo como la 4ta dimensión; quedando lo que llamamos el Espacio – Tiempo como el espacio de las 4 dimensiones.

Es muy importante el resaltar que el espacio-tiempo tiende a presentar unas propiedades de formas geométricas las cuales son:

Métrica

Esta propiedad es la que simboliza el espacio-tiempo como 1 par que son (m, g), en donde la “m” significa la variedad diferenciable de semiriemanniana y la “g” es 1 tensor métrico.

Contenido Material del Espacio-Tiempo

Este se encuentra dado por el llamado tensor de energía – impulso, el cual se tiende a calcular de una manera directa a partir de las medidas geométricas que son procedentes del tensor métrico.

Movimiento de las Partículas

Las partículas que se tienden a mover por medio del Espacio-Tiempo seguirá 1 línea de una pequeña longitud en 1 espacio que se encuentra curvado.

Homogeneidad, Isotropía y Grupos de Simetría

Algunos de los espacios-tiempo son los que cuentan con los grupos de isometría de dimensionalidad menor. Por otro lado, un llamado espacio-tiempo tiende a ser homogéneo cuando este abarca un subgrupo homeoformo el cual influye en las coordenadas espaciales. Dispondrá de isotropía general cuando en 1 de sus puntos llegue a existir un subgrupo de isometría.

Espacio-Tiempo y la Materia

La entidad geométrica en la cual se tiende a desarrollar todos los eventos físicos del Universo, de acuerdo con la reconocida teoría de la relatividad y de las otras teorías físicas. El nombre tiende a aludir a la necesidad de llegar a considerar unificadamente la localización geométrica en el tiempo y en el espacio, debido a que la diferencia entre los componentes espaciales y también los temporales es relativa según el estado del movimiento del observador. De este mismo modo, se habla del continuo espacio-temporal. (ver artículo: Expansión del Universo).

Debido a que el universo posee las 3 dimensiones espaciales físicas que son observables, es usual llegar a referirse al tiempo como la si este es la ” 4ta dimensión ” y al Espacio-Tiempo como ” espacio de 4 dimensiones ” para llegar a enfatizar la inevitabilidad de poder considerar el tiempo como 1 dimensión geométrica más. La expresión del Espacio-Tiempo se ha derivado de un tipo de uso corriente a partir de la famosa Teoría de la Relatividad especial la cual llegó a ser formulada por el famoso Albert Einstein en el año 1905.

Historia del Espacio-Tiempo

En general, es un tipo de evento específico en donde puede llegar a ser descrito por 1 o más coordenadas espaciales, y también por 1 temporal. Por ejemplo, para poder llegar a identificar de una manera única un accidente automovilístico, se pueden llegar a dar la longitud y también la latitud del punto en donde fue que ocurrió es decir las 2 coordenadas espaciales, y también el cuándo ocurrió que sería 1 coordenada temporal.

En el espacio tridimensional, es necesario o se requieren de las 3 coordenadas espaciales. Sin embargo, la visión de una forma tradicional en la cual se tiende a basar la mecánica Clásica, de los cuales cuyos principios fundamentales fueron los establecidos por el famoso Isaac Newton, es que el tiempo es una clase de coordenada muy independiente de las coordenadas espaciales y también que es 1 magnitud idéntica para cualquier tipo de observador.

Esta visión es la que concuerda con la experiencia de si un evento ocurre a aproximadamente unos 10 metros, es muy natural el llegar a preguntar a unos 10 metros de qué, pero si nos llegan a informan que ocurrió un accidente a las 10 de la mañana en nuestro país, ese tiempo posee un carácter absoluto.

Sin embargo, los resultados como el experimento de Michelson y también de Morley, y las ecuaciones del gran matemático Maxwell para la electrodinámica, los 3 sugerían, a principios del siglo XX, que la Velocidad de la luz es algo muy constante, lo cual es independiente de la velocidad del emisor o del observador, en la contradicción con lo postulado por la mecánica clásica.

El físico Albert Einstein llegó a proponer como una solución a éste y también a los otros problemas de la mecánica clásica el llegar a considerar como postulado la constancia de la velocidad de la luz, y el prescindir de la noción del tiempo como 1 de la coordenada independiente. En la Teoría de la Relatividad, el espacio y el tiempo poseen un carácter relativo o convencional, el cual es dependiendo del estado de movimiento del observador.

Eso se refleja como por ejemplo en que las transformaciones de las coordenadas entre los observadores inerciales que se trata de las Transformaciones de Lorentz, en los que involucran 1 combinación de las coordenadas espaciales y la temporal.

El mismo hecho se tiende a reflejar en la medición de 1 campo electromagnético, que se encuentra formado por 1 parte eléctrica y la otra parte por la magnética, pues es dependiendo del estado de movimiento del observador en el campo electromagnético el cual es visto de distintas manera entre su parte magnética y también la eléctrica por los diferentes observadores en un movimiento relativo.

La conocida expresión del Espacio-Tiempo es la que recoge entonces la noción de que el espacio y el tiempo ya no pueden llegar a ser consideradas unas entidades de maneras independientes o absolutas.

Las consecuencias de dicha relatividad del tiempo han llegado a tener diversas comprobaciones experimentales. Una de ellas fue la que se realizó usando 2 relojes atómicos de una alta precisión, los cuales inicialmente fueron sincronizados, por lo que 1 de los cuales se mantuvo fijo mientras que el otro fue transportado en 1 avión. Al regresar del viaje se constató que ambos relojes mostraban una mínima diferencia de 184 nanosegundos, habiendo transcurrido lo que llamamos ” el tiempo ” más lentamente para el reloj que estuvo en movimiento.

La Topología del Espacio-Tiempo

La topología del espacio tiempo tiene que ver con la estructura causal del mismo. Por ejemplo es interesante conocer SI en un espacio-tiempo:

Existe la curva temporal cerrada; ese tipo de ocurrencia permitiría a una partícula influir en su propio pasado. Algunas soluciones exactas de las ecuaciones de Einstein como el Universo de Gödel, que describe un universo lleno de un fluido perfecto en rotación, permiten dichas curvas temporales cerradas.

Existen hipersuperficies de Cauchy, lo cual permite, en principio, conocido el estado del sistema sobre una de estas superficies, conocer el estado en un instante futuro. Siempre y cuando los efectos cuánticos tengan efectos limitados, la existencia de hiper superficies comporta la evolución determinista. Existen geodésicas incompletas, lo cual está relacionado con la ocurrencia de singularidades espacio temporales en los que se encuentran los agujeros negros.

El Espacio-Tiempo de Einstein

Einstein llegaba a plantear que resultaba imposible el poder llegar a distinguir entre 1 sistema de referencia acelerado y 1 sistema de referencia que se encontrara sometida a una fuerza gravitacional.

En el 2do lugar que de dicha indistinguibilidad, y de las consecuencias de todo tipo que ello mismo comporta, se llega a inferir la igualdad entre la inercia y también la gravitación.

En 3er lugar que, de acuerdo con la interpretación de las transformaciones de Lorentz, el espacio y el tiempo llegan a dejar de ser entidades de formas separadas para llegar a aparecer como interconectados.

En 4to lugar el decía que dicha interconexión llegaría a obligar a abandonar, como un escenario en el que los fenómenos físicos que se despliegan, el espacio y el tiempo como las entidades por separadas para llegar a sustituirlos por 1 entidad única a la que se le llamaría Espacio-Tiempo.

En 5to lugar este decía que la gravitación llegaba a afectar al espacio-tiempo de cada “ Sitio ” y le dicta como llegar a curvarse. Por último que, al ser el movimiento más bajo la acción de un campo gravitacional es independiente de la masa del objeto móvil, es lícito llegar a pensar que dicho movimiento viene mezclado al “ Sitio ” y que las trayectorias de las líneas geodésicas vienen marcadas por la estructura del tejido espacio-temporal en el que se deslizan.

La fuerza gravitacional acabaría, de esa manera, convirtiéndose en 1 clase de manifestación de la curvatura del Espacio-Tiempo. Es de hay de donde se deduce que en este tipo de esquema no existe una acción a distancia ni tampoco las misteriosas tendencias a moverse en dirección a los extraños centros, tampoco a los espacios absolutos que contienen a / o los tiempos absolutos que discurran al margen de la materia.

La masa es la que le dice al espacio-tiempo como llegar a curvarse y éste le dictará a la masa cómo llegar a moverse. Es el contenido material en quien crea el espacio y el tiempo.

El Espacio-Tiempo y la Velocidad

El concepto del Espacio-Tiempo llega a surgir al invertir la definición de la velocidad. La filosofía de 1 máximo de la velocidad de la luz es la que impone una relación en el espacio-tiempo de manera fija. La relatividad del conocido Einstein es la que altera las variables del espacio y del tiempo.

La Teoría de la Relatividad

La teoría de la relatividad es la que incluye tanto a la teoría de la relatividad de forma especial como la de relatividad de forma general, esta fue la formulada por el reconocido Albert Einstein a los inicios del siglo XX, que son los que pretendían llegar a resolver la incompatibilidad que existe entre la mecánica newtoniana y el electromagnetismo. (ver artículo: Origen del Universo).

La teoría de la relatividad especial, llegó a ser publicada en el año 1905, la cual se trata de la física del movimiento de los cuerpos en la ausencia de las fuerzas gravitatorias, en el que se hacían de manera compatibles las ecuaciones de Maxwell sobre el electromagnetismo con 1 reformulación de las leyes del movimiento.

La teoría de la relatividad en general, se publicó en el año 1915, esta trata de una teoría de la gravedad que es la encargada de reemplazar a la gravedad newtoniana, sin embargo, coincide de una forma numérica con ella para los campos gravitatorios que sean débiles y de “pequeñas” velocidades. La teoría general se tiende a reducir a la teoría especial en la ausencia de los campos gravitatorios. (ver artículo:  Velocidad de la Luz ).

El día 7 de marzo del año 2010, la Academia Israelí de Ciencias llegó a exhibir de manera pública los manuscritos originales del gran Einstein a cual llegó a ser redactada en el año 1905. El documento, que tiende a contener las 46 páginas de los textos y de las fórmulas matemáticas que llegaron a ser escritas a mano, este fue donado por Einstein a la Universidad Hebrea de Jerusalén en el año 1925 con el objetivo o el motivo de su inauguración.​

Los Conceptos Principales del Espacio-Tiempo

El concepto básico de la teoría de la relatividad es que la ubicación de los sucesos físicos, tanto en el tiempo como en el espacio, son relativos al estado de movimiento del observador, así, la longitud de un objeto en movimiento o el instante en que algo sucede, a diferencia de lo que sucede en mecánica newtoniana, no son invariantes absolutos, y diferentes observadores en movimiento relativo entre sí diferirán respecto a ellos es decir las longitudes y también los intervalos temporales, en la relatividad son relativos y no como dicen otros absolutos.

La Relatividad Especial

La teoría de la relatividad de manera especial, o simplemente llamada teoría de la relatividad, habla acerca de un proceso muy específico, el cual se publico por el reconocido Albert Einstein en el año de 1905, en general esta describe la física del movimiento, donde expresa los detalles de un espacio-tiempo plano.

Esta teoría describe completamente el movimiento de los cuerpos incluso a elevadas velocidades y sus interacciones son electromagnéticas, se utiliza para analizar los sistemas de referencias inerciales ( por lo general esta no es aplicable para los problemas astrofísicos, que involucran el campo gravitatorio y determinan un papel importante en el curso de la historia).

Estos aspectos fueron mostrados como parte del desarrollo especifico, por el Poincaré y Lorentz, que también son considerados como los precursores de la teoría. Si bien la llamada teoría resolvía un buen número de los problemas del electromagnetismo y que daba una explicación del experimento de Michelson – Morley, los cuales no proporciona una descripción relativista la cual es adecuada del campo gravitatorio.

Tras la publicación del artículo del famoso Einstein, la reciente teoría de la relatividad de forma especial llegó a aceptarse en unos pocos años por prácticamente casi todos los físicos y por los matemáticos. De hecho, los 2 hombre Poincaré o Lorentz habían estado muy cerca de llegar al mismo resultado que Einstein. La forma geométrica definitiva de la teoría se debe a Hermann Minkowski, antiguo profesor de Einstein en la Politécnica de Zürich; acuñó el término “espacio-tiempo” (Raumzeit) y le dio la forma matemática adecuada.

El Espacio-Tiempo de Minkowski es una clase de diversidad tetradimensional en la que se entrelazaban de una forma indisoluble de las 3 distintas dimensiones del tiempo y del espacio. En este llamado Espacio-Tiempo de Minkowski, el movimiento de 1 partícula se representa a través de la línea de universo la cual se llama (Weltlinie), una curva de los cuales cuyos puntos vienen a ser determinados por las 4 variables distintas, las 3 dimensiones espaciales y el tiempo.

El nuevo esquema de Minkowski es el que obligó a llegar a reinterpretar los conceptos de la métrica que ya existían hasta el momento. El concepto tridimensional de punto llegó a ser reemplazado por el de suceso. La magnitud de distancia se reemplaza por la magnitud de intervalo.

Relatividad General

La relatividad general se publicó por el reconocido Einstein en el año 1915, el cual fue presentaba como conferencia en la Academia de Ciencias Prusiana el día 25 de noviembre. La teoría generaliza el principio de la relatividad de Einstein para un tipo de observador arbitrario. Esto es lo que implica que las ecuaciones de la teoría deben llegar a tener 1 forma de covariancia más general que la covariancia del mismo Lorentz la cual es usada en la teoría de la relatividad especial.

Además de esto, la teoría de la relatividad general llega a proponer que la propia geometría del espacio-tiempo se tiende a ver afectada por la presencia de la materia, de lo cual es lo que resulta 1 teoría relativista del campo gravitatorio. De hecho la teoría de la relatividad por lo general predice que el Espacio-Tiempo no será plano en presencia de la materia y que la curvatura del espacio-tiempo llegara a ser percibida como 1 tipo de campo gravitatorio.

Debe de llegar a notarse que el matemático alemán llamado David Hilbert fue el que escribió e hizo públicas las ecuaciones de la covariancia antes que el mismísimo Albert Einstein. Por ello resultó en diversas acusaciones de haber cometido plagio contra el propio Einstein, sin embargo probablemente sea más, porque es 1 teoría o también se puede decir que es una perspectiva geométrica. La misma postula que la presencia de la masa o energía se “curva” al Espacio-Tiempo, y se encuentra una curvatura la cual afecta la trayectoria de los cuerpos móviles hasta incluso la trayectoria de la luz.

Einstein llegó a expresar el propósito de la teoría de la relatividad general para llegar así hacer la aplicación plena del programa de Ernst Mach de la relativización de todos los efectos de la inercia, incluso fue  añadiendo la llamada constante cosmológica a sus ecuaciones de campo ​para dicho propósito.

Este punto de contacto real de la influencia de Ernst Mach fue bien identificado para el año 1918, en el momento en que Einstein distingue lo que él nombró como el principio de Mach los efectos inerciales se derivan de la interacción de los cuerpos del principio de la relatividad general, que se interpreta ahora como el principio de covariancia general.​

Las Partículas

En la teoría de la relatividad 1 partícula en específica  se tiende a representar por un par; es 1 curva que se puede llegar a diferenciar, la cual se suele llamar línea de universo de la partícula, y es una especie de escalar que tiende a representar la masa en reposo. El vector tangente a dicha curva es un tipo de vector temporal el cual es denominado cuadrivelocidad, el producto de dicho vector por la masa en reposo de la partícula es precisamente el denominado cuadrimomento.

Además, dada 1 curva de forma arbitraria en el Espacio-Tiempo, esta se puede llegar a definirse a lo largo de ella el denominado intervalo relativista, que se llega a obtener a partir del tensor métrico. El intervalo relativista que es a medido a lo largo de la trayectoria de 1 partícula la cual es proporcional al intervalo de tiempo propio o también al intervalo de tiempo que suele ser percibido por la misma partícula.

Los Campos del Espacio-Tiempo

Cuando se tienden a considerar los campos o las distribuciones continuas de la masa, se llegan a necesitar alguna especia de generalización para la noción de la partícula. Un tipo de campo físico posee lo que se llama momentum y también la energía los cuales ambos son distribuidos en el Espacio-Tiempo, el concepto de lo que denominan como cuadrimomento se tiende a generalizar por medio del nominado tensor de energía – impulso que es el que tiende a representar la distribución en el Espacio-Tiempo tanto que de energía como de momento lineal.

A la misma vez un campo dependiendo de su naturaleza puede llegar a representarse por 1 escalar, un vector o 1 tensor. Por ejemplo el campo electromagnético se tiende a representar por 1 tensor de 2do orden totalmente antisimétrico o por 2 forma. Si se conoce la variación de un campo o una distribución de materia, en el espacio y en el tiempo entonces llegan a existir los procedimientos para construir su tensor de energía-impulso.

Magnitudes Físicas

En relatividad, dichas magnitudes físicas tienden a ser son representadas por los vectores de las 4 dimensiones o más bien por los objetos matemáticos los cuales son llamados tensores, que se suelen  generalizar los vectores, definidos sobre 1 tipo de espacio de 4 dimensiones. Matemáticamente estos 4 vectores y los 4 tensores son los elementos más bien definidos del espacio vectorial tangente al espacio-tiempo y también los nominados tensores se llegan a definir y se construyen a partir del conocido fibrado tangente o de la cotangente de la variedad que tienden a representar el espacio-tiempo.

Igualmente además de cuadrivectores, se definen cuadritensores (tensores ordinarios definidos sobre el fibrado tangente del espacio-tiempo concebido como variedad lorentziana). La curvatura del espacio-tiempo se representa por un tensor que es el tensor del 4to orden, mientras que la energía y el momento de un medio continuo o el campo electromagnético se representan mediante 2 tensores que son simétrico el tensor energía-impulso, antisimétrico el de campo electromagnético.

Los cuadrivectores son de hecho 1-tensores, en esta terminología. En este contexto se dice que una magnitud es un invariante relativista si tiene el mismo valor para todos los observadores, obviamente todos los invariantes relativistas son escalares, frecuentemente formados por la contracción de magnitudes tensoriales.

El Intervalo Relativista

El intervalo relativista puede llegar a definirse en cualquier tipo de espacio-tiempo, sea este un plano como en la relatividad especial, o también de la clase curvo como en la relatividad general. Sin embargo, por la simplicidad, se discutirá principalmente el tipo de concepto de intervalo para en el caso de 1 tipo de espacio-tiempo que es plano.

Los intervalos que son nulos pueden llegar a ser representados en la forma de 1 cono de luz, los cuales fueron popularizados por el celebérrimo libro del famoso Stephen Hawking, La Historia del Tiempo, sea un observador ubicado en el origen, el futuro absoluto los sucesos que serán percibidos por el individuo los cuales se despliega en la parte superior del eje de las ordenadas, el pasado absoluto que son los sucesos que ya han sido percibidos por el individuo en la parte inferior, y también en el presente percibido por el observador en el punto O.

Los sucesos que se encuentran fuera del cono de luz no nos llegan a afectar, y por lo tanto se dice de ellos que se encuentran ubicados en las zonas del espacio-tiempo que no poseen una relación de causalidad con la nuestra.

Si llegásemos a imaginarnos, por un momento, que en la galaxia de Andrómeda, la cual se encuentra situada a los 2,5 millones de años luz de nosotros, sucedió un cataclismo cósmico hace más o menos unos 100.000 millones de años. Dado que, lo primero es la luz de Andrómeda la cual tarda 2 millones de años en llegar hasta donde nosotros y por segundo nada puede llegar a viajar a una velocidad superior a la de los fotones, lo cual es evidente, que no tenemos manera de llegar a enterarnos de lo que sucedió en tal dicha Galaxia hace tan solo unos 100.000 años. (ver artículo: Que es Universo Paralelo).

Se dice por lo tanto que el intervalo existente entre dicha hipotética catástrofe cósmica y nosotros, observadores del presente, es un intervalo espacial, y por lo tanto, no puede afectar a los individuos que en el presente viven en la Tierra. Es decir, no existe relación de causalidad entre ese evento y nosotros.