Tiempo

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Para otros usos de este término véase Tiempo (desambiguación).

Imagen:Atomicclock.jpg La materia, en su movimiento, manifiesta ciclos. La magnitud que esta propiedad genera se le llama tiempo. El tiempo es la magnitud física que mide la duración o separación de las cosas sujetas a cambio, esto es, el período que transcurre entre dos eventos consecutivos que se miden de un pasado hacia un futuro, pasando por el presente. Es la magnitud que permite parametrizar el cambio y ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un presente y un futuro, y da lugar al Principio de causalidad, uno de los axiomas del método científico.

Su unidad básica en el Sistema Internacional es el segundo. Su símbolo es s; debido a que es un símbolo y no una abreviación, no se debe escribir ni con mayúscula, ni como "seg", ni agregando un punto posterior.

[editar] El concepto físico del tiempo

Dados dos eventos puntuales E₁ y E₂, que ocurre respectivamente en instantes de tiempo t₁ y t₂, y en puntos del espacio P₁ = (x₁, y₁, z₁) y P₂ = (x₂, y₂, z₂), todas las teorías físicas admiten que estos sólo pueden darse una, de tres posibilidades mútuamente excluyentes:

Es posible para observador estar presente en el evento E₁ y luego estar en el evento E₂, y en ese caso se afirma que E₁ es un evento anterior a E₂. Además si eso sucede no puede existir otro observador que verifique 2.
Es posible para observador estar presente en el evento E₂ y luego estar en el evento E₁, y en ese caso se afirma que E₁ es un evento posterior a E₂. Además si eso sucede no puede existir otro observador que verifique 1.
Es imposible para algún observador puntual, estar presente simultáneamente en los eventos E₁ y E₂.

Dado un evento cualquiera, el conjunto de eventos puede dividirse según esas tres categorías anteriores. Es decir, todas las teorías físicas permiten fijado un evento, clasificar a los demás eventos: en (1) pasado, (2) futuro y (3) resto de eventos (ni pasados ni futuros). En mecánica clásica esta última categoría está formada por los sucesos llamados simultáneos, y en mecánica relativista eventos no relacionados causalmente con el primer evento. Sin embargo, la mecánica clásica y la mecánica relativista difieren en el modo concreto en que esa división entre pasado, futuro y otros puede hacerse y en si dicho carácter es absoluto o relativo de dicha partición.

[editar] El tiempo en mecánica clásica

En la mecánica clásica, el tiempo se concibe como una magnitud absoluta, es decir, es un escalar que cuya medida es idéntica para todos los observadores (una magnitud relativa es aquella cuyo valor depende del observador concreto). Eso está de acuerdo con la concepción filosófica de Kant, que establece el espacio y el tiempo como necesarios por cualquiera experiencia humana.

Cada observador hará una división tripartita de los eventos clasificándolos en: (1) eventos pasados, (2) eventos futuros y (3) eventos ni pasados y ni futuros, la mecánica clásica y la física pre-relativista asumen:

Fijado un acontecimiento concreto todos los observadores sea cual sea su estado de movimiento dividirán el resto de eventos en los mismos tres conjuntos (1), (2) y (3), es decir, dos observadores diferentes coincidirán en qué eventos pertencen al pasado, al presente y al futuro, por eso el tiempo en mecánica clásica se califica de "absoluto" porque es una distinción válida para todos los observdores (mientras que en mecánica relativista esto no sucede y el tiempo se califica de "relativo").
En mecánca clásica, la última categoría, (3), está formada por un conjunto de puntos tridimensional, que de hecho tiene la estructura de espacio euclídeo. Dados dos eventos se llaman simultáneos fijado uno de ellos el segundo es un evento de la categoría (3).

Aunque dentro de la teoría especial de la relatividad y dentro de la teoría general de la relatividad, la división tripartita de eventos sigue siendo válida, no se verifican las últimas dos propiedades: ni el conjunto de eventos ni pasados ni futuros es tridimensional, y de hecho no existe una noción de simultaneidad indepediente del observador como en mecánica clásica.

[editar] El tiempo en mecánica relativista

En mecánica relativista la medida del transcurso tiempo depende del sistema de referencia donde esté situado el observador y de su estado de movimiento, es decir, diferentes observadores miden diferentes tiempos transcurridos entre dos eventos causalemente conectados. Por tanto, la duración de un proceso depende del sistema de referencia donde se encuentre el observador.

De acuerdo con la teoría de la relatividad, fijados dos observadores situados en diferentes marcos de referencia, dos sucesos A y B dentro de la categoría (3) de eventos ni pasados ni futuros, pueden ser percibidos por los dos observadores como simultáneos, o puede que para A ocurra "antes" que B para el primer observador mientras que B ocurre "antes" de A para el segundo observador. En esas circunstancias no existe, por tanto, ninguna posibilidad establecer una noción absoluta de simultaneidad indedependiente del observador. De hecho en relatividad general el conjunto de los sucesos dentro de la categoría (3) es un subcojunto tetradimensional topológicamente abierto del espacio-tiempo.

Sólo si dos sucesos están atados causalmente todos los observadores ven el suceso "causal" antes que el suceso "efecto", es decir, las categorías (1) de eventos pasados y (2) de de eventos futuros causalmente ligados sí son absolutos. Fijado un evento E el conjunto de eventos de la categoría (3) que no son eventos ni futuros ni pasados respecto a E puede dividirse en tres subconjuntos:

(a) El interior topológico de dicho conjunto, es una región abierta del espacio-tiempo y constituye un conjunto acronal. Dentro de esa región dados cualesquiera dos eventos resulta imposible conectarlos por una señal luminosa que emitida desde el primer evento alcance el segundo.

(b) La frontera del futuro o parte de la frontera topológica del conjunto, tal que cualquier punto dentro de ella puede ser alcanzado por una señal luminosa emitida desde el evento E.

(c) La frontera del pasado o parte de la frontera topológica del conjunto, tal que desde cualquier dentro de ella puede enviarse una señal luminosa que alcance el evento E.

Las curiosas relaciones causales de la teoría de la relatividad, conllevan que no existe un tiempo único y absoluto para los observadores, de hecho cualquier observador percibe el espacio-tiempo cuatridimensional según su estado de movimiento, la dirección paralela a su cuadrivelocidad coincidrá con la dirección temporal, y los eventos que se mueven según hipersuperficies espaciales perpendiculares en cada punto a la dirección temporal forman el conjunto de acontencimientos simultáneos para ese observador. Lamentablemente dichos conjuntos de acontecimientos percibidos como simultáneos difieren de un observador a otro.

[editar] El tiempo en mecánica cuántica

En mecánica cuántica debe distinguirse entre la mecánica cuántica convencional, en la que puede trabajarse bajo el supuesto clásico de un tiempo absoluto, y la mecánica cuántica relativista, para la cual, al igual que sucede en la teoría de la relatividad, el supuesto de un tiempo absoluto es inaceptable.

Véase también: Causalidad (física), paradoja de los gemelos, y espacio-tiempo

[editar] La medición del tiempo

La cronología (histórica, geológica, etc.) permite datar los momentos en los que ocurren determinados hechos (lapsos relativamente breves) o los procesos (lapsos de duración mayor). En una línea de tiempo se puede representar gráficamente los momentos históricos en puntos y los procesos en segmentos. Imagen:Ringsundial open.jpg

Las formas e instrumentos para medir el tiempo son de uso muy antiguo y todas ellas se basan en la medición del movimiento, del cambio material de un objeto a través del tiempo, que es lo que puede medirse. En un principio se comenzaron a medir los movimientos de los astros, básicamente el movimiento aparente del Sol, dando lugar al tiempo solar aparente. El desarrollo de la astronomía hizo que, de manera paulatina, se fueran creando diversos instrumentos, tales como los relojes de sol, las clepsidras o los relojes de arena. Posteriormente, la determinación de la medida del tiempo se fue perfeccionando hasta llegar al reloj atómico.

Véase también: Tiempo solar, tiempo sidéreo, Tiempo Universal Coordinado, y tiempo atómico