La noción de tiempo por el lado científico.

 

Christian Nitschelm



Texto francés: Dijon, noviembre de 1997

Traducción al español: Antofagasta, abril de 2008


I. Introducción.

 

Definiciones relativas al tiempo, desde varios diccionarios:

 

Tiempo: La de las dimensiones del Universo según la cual parece ordenarse la sucesión irreversible de los fenómenos (Hachette 1992).

 

Tiempo: Medio indefinido donde las existencias, con sus cambios, parecen tener lugar irreversiblemente (Petit Robert 1981).

 

Tiempo: Medición de la duración de los fenómenos (Petit Larousse 1970).

 

Otras definiciones útiles.

 

Momento: Pequeño intervalo de tiempo.

 

Instante: Momento infinitesimal (muy corto o instantáneo).

 

Duración, o intervalo de tiempo: Por un fenómeno físico, espacio de tiempo localizado entre dos instantes, el instante inicial y el instante final.

 

Periodo: Espacio de tiempo característico de un fenómeno físico.

 

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La noción de tiempo es irremediablemente conectada al movimiento...

 

Del punto de vista de la física, la noción de fluidez del tiempo no puede entonces ser definida dentro un cierto marco espacio-temporal preestablecido, el de la mecánica clásica o el de la mecánica relativista. La noción de irreversibilidad de la flecha del tiempo es preponderante dentro de estos dos sistemas.

 

II. Marco espacio-temporal de la mecánica clásica.

 

II.1. Noción de evento.

 

Los fenómenos físicos pueden estar considerados como conjuntos de eventos, lo que corresponde a fenómenos elementales que podemos caracterizar por asociación al espacio ambiente y al tiempo dos espacios métricos, uno con tres dimensiones y el otro con una dimensión. El físico da cuenta de manera objetiva esta doble marcación con la introducción de la medida de estos grandores, lo que significa de elegir un origen y una norma en cada uno de estos dos espacios métricos.

 

II.2. Medición del tiempo.

 

La medición del tiempo presupuesta implícitamente una orientación del tiempo, desde el pasado hacia el futuro. Esta orientación se apoya sobre la irreversibilidad fundamental de la evolución de todos los fenómenos físicos reales y, por consecuencia, sobre el Segundo Principio de la Termodinámica, lo cual podemos escribir:

 

Por un sistema termodinámicamente aislado, La entropía (el desorden) puede solamente crecer.

 

Para estar completo, la medición de un fenómeno físico necesita la elección de un origen temporal. Estará tomado convencionalmente a un instante específico de la evolución del fenómeno estudiado. Parece así natural de adoptar como instante inicial el instante por lo cual el estado del sistema está conocido. Los instantes ulteriores corresponden entonces a la evolución del sistema hacia el futuro, a instantes donde los movimientos están todavía desconocidos, desde el punto de vista del físico.

 

Medimos el tiempo con relojes que son sistemas físicos con adopción de una ley de evolución en función del tiempo. Definimos así una escala de tiempo que depende de la naturaleza de la ley adoptada. Existen entonces varias escalas de tiempo basadas sobre varios procesos físicos.

 

Escalas internacionales de tiempo.

 

a) Tiempo atómico internacional (TAI): Medición del tiempo la más regular que podemos actualmente realizar, basada sobre una vibración atómica de frecuencia muy bien conocida.

 

b) Tiempo universal (UT1): Medición del tiempo que se funda sobre la rotación de la Tierra alrededor de su eje y que muestra las irregularidades de esta rotación.

 

c) Tiempo universal coordinado (UTC): Medición del tiempo basada sobre el TAI y que sigue UT1 a menos de un segundo. Este tiempo es el de nuestros relojes.

 

d) Tiempo de las efemérides (TE): Medición del tiempo basada sobre el movimiento orbital de la Tierra alrededor del Sol.

 

e) Tiempo terrestre (TT): Medición del tiempo basada sobre el TAI y que sigue TE.

 

Los tiempos locales conectados a los movimientos de la Tierra.

 

a) Tiempo solar verdadero (en un lugar y a un cierto instante): Angulo horario del Sol en este lugar a este instante (esta noción engloba al mismo tiempo los movimientos de rotación de la Tierra y de revolución alrededor del Sol).

 

b) Tiempo solar mediano (en un lugar y a un cierto instante): Angulo horario de un sol ficticio, en movimiento circular uniforme alrededor de la Tierra, siempre en este lugar y a este instante (misma nota, pero con un movimiento uniforme).

 

c) Ecuación del tiempo: Diferencia entre el tiempo solar mediano y el tiempo solar verdadero en un cierto lugar (la ecuación del tiempo es una corrección a introducir sistemáticamente durante la medición del tiempo con un reloj de Sol).

 

d) Tiempo sideral (en un lugar y a un cierto instante): Medición del tiempo conectada con la rotación terrestre, con respecto a las estrellas fijas.

 

El tiempo legal.

 

En el año 1884, un congreso hizo la elección del meridiano origen como el del Observatorio Real de Greenwich, cerca de Londres, en Inglaterra. Sin embargo, esta convención ha sido largamente aceptada en 1911. Desde esta fecha y siguiendo algunas modificaciones ulteriores, la hora legal en casi todos los países del mundo es definida como siendo igual la hora oficial de Greenwich, mensurada gracias al sistema UTC, más o menos un cierto numero entero de horas. En Francia (y en Europa), los relojes dan UTC + 1h durante el invierno y UTC + 2h durante el verano. En Chile, los relojes dan UTC − 4h durante el invierno y UTC − 3h durante el verano.

 

Las unidades de tiempo.

 

La unidad oficial de tiempo en el Sistema Internacional (SI) es el segundo (símbolo: s), lo que significa la duración de 9192631770 periodos de radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.

 

Sin embargo, tenemos acceso a numerosas unidades de tiempo, a menudo heredadas del pasado: el minuto (símbolo min o mn; 60 segundos), la hora (símbolo h; 3600 segundos), el día (símbolo d; 86400 segundos), la semana (siete días), el mes (mala aproximación de la lunación), el año trópico (símbolo yr; 365.242199 días), el siglo (cien años), el milenio (mil años)...

 

El origen de los tiempos.

 

No se debe confundir el instante inicial elegido convencionalmente por una experiencia determinada y "el instante primordial (inicial) del Universo". En efecto, lo primero tiene un sentido físico preciso, porque hay eventos reales que se producen en el presente, mientras tanto el segundo no se apoya sobre ningún fenómeno físico, el Universo no existiendo todavía a este instante primordial. Sin embargo, podemos conectar estos dos instantes gracias a una escala de tiempo peculiar por la cual el instante presente sea notado instante 0, mientras tanto el instante primordial del Universo sea notado instante "menos infinito", lo que indica la ausencia de significación física de este último instante. Así, aún afuera de su medición técnica, el tiempo no es solamente un parámetro de evolución, pero también un concepto físico que tiene sentido solamente relativamente a fenómenos físicos. El análisis relativista del tiempo permite también de consolidar esta conclusión.

 

La fluidez del tiempo.

 

El análisis teórico ha mostrado que la fluidez del tiempo no es continua. En efecto, fue posible de identificar la existencia de una duración mínima, llamada Tiempo de Planck, debajo de la cual ninguna duración tiene significación.

Tiempo de Planck = 0.54 10-43 s

 

Noción de referencial en física.

 

Podemos asociar a una marcación de espacio {O;x,y,z} un tiempo único con la sincronización de los relojes de esta marcación. La sincronización se hace generalmente en dos etapas, el control de la misma marcha y el control del mismo origen. El tiempo único dado por todos los relojes de la marcación es el tiempo de esta marcación. Es entonces posible de definir la noción de simultaneidad. Dos eventos están simultáneos si los relojes, previamente sincronizados y localizados en los lugares donde se producen estos fenómenos, dan la misma indicación. La globalidad de una marcación de espacio y de una marcación de tiempo constituye un referencial espacio-temporal.

 

III. El tiempo en mecánica relativista.

 

En mecánica relativista, el tiempo, relativo al observador y previamente multiplicado por la velocidad de la luz, no es otra cosa que una dimensión suplementaria de espacio. La métrica del Universo se convierte entonces en un continuum espacio-tiempo con cuatro dimensiones donde el tiempo está perdiendo su especificidad, con la excepción de su orientación irreversible desde el pasado hacia el futuro. Podemos entonces definir el cono de luz desde el pasado hacia futuro dentro el continuum espacio-tiempo...




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