Cada semana, nuestros lectores no envían preguntas para que las responda nuestro periodista especializado en el espacio, Neel V. Patel. Esta semana la pregunta aborda la dilatación del tiempo durante los viajes espaciales. 

Pregunta

Escuché que la dilatación del tiempo influye en los viajes espaciales a alta velocidad y me gustaría saber qué magnitud tiene ese efecto. Si tuviéramos que realizar un vuelo de ida y vuelta a un exoplaneta cercano, por ejemplo, situado a entre 10 y 50 años luz de distancia, ¿cómo influiría eso en el tiempo que experimentan las personas en la nave espacial frente al de las que están en la Tierra? Cuando los viajeros espaciales regresen, ¿serán mucho más jóvenes o mayores en relación con la gente que se quedó en la Tierra? - Serge

La respuesta de Neel

La dilatación del tiempo es un concepto que aparece en mucho en la ciencia ficción, incluido El juego de Ender (título original Ender's Game) de Orson Scott Card, donde para un personaje pasan solo ocho años de vida en el espacio mientras que en la Tierra pasan 50 años. Este es precisamente el escenario descrito en el famoso experimento mental de la Paradoja de los gemelos: un astronauta viaja al espacio en un cohete de alta velocidad mientras que su gemelo idéntico se queda encargado del control de la misión en la Tierra. Cuando regresa a casa, el astronauta descubre que su gemelo ha envejecido más rápido que él.

La dilatación del tiempo se remonta a la teoría de la relatividad especial de Einstein, que nos enseña que el movimiento a través del espacio crea alteraciones en el flujo del tiempo. Cuanto más rápido se mueva alguien a través de las tres dimensiones que definen el espacio físico, más lentamente se moverá a través de la cuarta dimensión, el tiempo, al menos en relación con otro objeto. El tiempo transcurre de manera diferente para el gemelo que se movió por el espacio que para el gemelo que se quedó en la Tierra. El reloj espacial funcionará más lentamente que los relojes que vemos en la Tierra. Si alguien es capaz de viajar cerca de la velocidad de la luz, los efectos son mucho más pronunciados. 

A diferencia de la Paradoja de los gemelos, la dilatación del tiempo no es un experimento mental o un concepto hipotético, es algo real. Los experimentos de Hafele-Keating de 1971 demostraron lo mismo mediante dos relojes atómicos que volaron en aviones en direcciones opuestas. El movimiento relativo en realidad tuvo un impacto medible y creó una diferencia horaria entre los dos relojes. Esto también se ha confirmado en otros experimentos (por ejemplo, las partículas de muón que se mueven rápidamente tardan más en descomponerse). 

Así que, en su pregunta, un astronauta que vuelva de un viaje espacial a "velocidades relativistas" (donde los efectos de la relatividad empiezan a manifestarse, generalmente al menos una décima parte de la velocidad de la luz ), al regresar sería más joven que sus amigos y familiares de la misma edad que se quedaron en la Tierra. Exactamente cuánto más joven depende de la velocidad a la que la nave espacial se haya movido y acelerado, por lo que no es algo que podamos responder fácilmente. Pero si la idea es llegar hasta un exoplaneta situado a 10 o 50 años luz de distancia y regresar a casa antes de morir de vejez, tendría que moverse a la velocidad de la luz. 

Hay otro detalle que vale la pena mencionar: la dilatación del tiempo como resultado de los efectos gravitacionales. Es posible que haya visto la película Interestelar de Christopher Nolan, en la que la proximidad de un agujero negro hace que el tiempo en otro planeta se desacelere tremendamente (una hora en ese planeta equivale a siete años terrestres).

Esta forma de dilatación del tiempo también es real, y se debe a que, en la teoría de la relatividad general de Einstein, la gravedad puede doblar el espacio-tiempo y, por lo tanto, el tiempo mismo. Cuanto más cerca esté el reloj de la fuente de gravitación, el tiempo pasa más lentamente; cuanto más lejos se encuentre el reloj de la gravedad, el tiempo pasará más rápido.