Los cristales de tiempo resuelven el problema del espacio-tiempo de Einstein

espacio

Redacción del Sitio de Innovación Tecnológica – 02/06/2021

La nueva versión de la teoría le permite intercambiar coordenadas de tiempo, pero mantener las coordenadas espaciales.
[Imagem: Venkatraman Gopalan – 10.1107/S2053273321003259]

puente entre geometrías

Un científico estaba estudiando cristales cuando se encontró con una nueva fórmula matemática que podría eliminar un problema sin resolver desde hace mucho tiempo que involucra la comprensión del espacio-tiempo, la estructura del universo propuesta en las teorías de la relatividad de Einstein.

“La relatividad nos dice que el espacio y el tiempo pueden mezclarse para formar una sola entidad llamada espacio-tiempo, que es de cuatro dimensiones: tres ejes espaciales y un eje de tiempo”, explica el profesor Venkatraman Gopalan de la Universidad Estatal de Pensilvania. “Sin embargo, algo sobre el eje del tiempo se destaca tanto como un dedo dolorido”.

Para que los cálculos funcionen dentro de la relatividad, los físicos deben poner un signo menos para los valores de tiempo, un signo inverso que no necesitan aplicar a los valores de espacio. Los científicos saben muy bien cómo trabajar con valores negativos, pero esto significa que el espacio-tiempo no puede tratarse utilizando la geometría euclidiana tradicional; en cambio, el espacio-tiempo debe estudiarse con geometría hiperpública, que es mucho más compleja.

Lo que ha hecho Gopalan es desarrollar un enfoque matemático de dos pasos que permite “difuminar” las diferencias entre el espacio y el tiempo, por así decirlo, eliminando el problema del signo menos y reduciendo la brecha entre las dos geometrías.

“Durante más de 100 años, se ha hecho un esfuerzo por poner el espacio y el tiempo sobre la misma base”, dijo. “Pero eso no sucedió realmente debido a este signo menos. Esta investigación elimina ese problema, al menos en la relatividad especial. El espacio y el tiempo están realmente en la misma base ahora”.

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Espacio-tiempo combinado renormalizado

El método de Gopalan implica combinar dos observaciones separadas del mismo evento. La combinación ocurre cuando dos observadores intercambian coordenadas de tiempo pero mantienen sus propias coordenadas espaciales. Con un paso matemático adicional, llamado renormalización, esto conduce a un “espacio-tiempo combinado renormalizado”.

“Digamos que estoy en el suelo y estás volando hacia la estación espacial, y ambos observamos un evento, como un cometa que pasa. Tú tomas tu medida de cuándo y dónde lo viste, y yo tomo la mía del mismo evento, y luego comparamos notas.

“Luego adopto tu medida de tiempo como mía, pero mantengo mi medida original del espacio del cometa. Tú, a su vez, adoptas mi medida del tiempo como propia, pero mantienes tu propia medida del espacio del cometa. Desde un punto de vista Matemáticamente, si hacemos esto combinación de nuestras medidas, el molesto signo menos desaparece “, explicó Gopalan.

Parece muy simple, pero esta innovación matemática también puede ser la clave para unificar la mecánica cuántica y la gravedad, dos campos fundamentales de la física de los que aún no se habla adecuadamente, e impulsar un campo de investigación emergente e intrigante, que involucra cristales que cambian. . en el tiempo – teóricamente, incluso podrían sobrevivir al fin del Universo.

Los cristales de tiempo resuelven el problema del espacio

Diagrama de espacio-tiempo combinado renormalizado, que puede resolver un problema de comprensión de la estructura del Universo propuesto en las teorías de la relatividad de Einstein.
[Imagem: Hari Padmanabhan]

Cristales de tiempo relativista

Al establecer una relación entre el espacio-tiempo y la geometría tradicional, este nuevo enfoque tiene implicaciones inesperadas para el desarrollo de estructuras con propiedades exóticas, conocidas como cristales del espacio-tiempo.

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Los cristales ordinarios contienen arreglos de átomos que se repiten en el espacio, mientras que los cristales del espacio-tiempo están formados por unidades básicas que se repiten en el tiempo, como una danza. Sin embargo, el tiempo está desconectado del espacio en las fórmulas originales. Así, el método desarrollado por Gopalan nos permite explorar una nueva clase de cristal espaciotemporal, donde el espacio y el tiempo pueden mezclarse, creando un cristal espaciotemporal relativista.

“Estas posibilidades podrían marcar el comienzo de una clase completamente nueva de metamateriales con propiedades exóticas que de otro modo no estarían disponibles en la naturaleza, además de comprender los atributos fundamentales de varios sistemas dinámicos”, comentó el profesor Avadh Saxena del Laboratorio Nacional de Los Alamos.

“La idea de Gopalan de los cristales espaciotemporales relativistas generales y cómo obtenerlos es poderosa y amplia. Esta investigación, en parte, presenta un nuevo enfoque a un problema de la física que ha permanecido sin resolver durante décadas”, comentó. El profesor Martin Bojowald, él mismo es un experto en cristales de espacio-tiempo y un defensor de una idea inusual, que el espacio-tiempo no es igual para todos.

Bibliografía:

Artículo: Cristales relativistas del espacio-tiempo
Autores: Venkatraman Gopalan
Revista: Acta Crystallographica Sección A
Vol. 77, Parte 4
DOI: 10.1107 / S2053273321003259

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