Espacio-tiempo

Analogía bidimensional de la distorsión del espacio-tiempo debido a un objeto de gran masa.
Cosmología física

Ilc 9yr moll4096.png
Radiación de fondo de microondas

Artículos
Universo primitivo Teoría del Big Bang · Inflación cósmica · Nucleosíntesis primordial
Expansión Expansión métrica del espacio · Expansión acelerada del Universo · Ley de Hubble · Corrimiento al rojo
Estructura Forma del universo · Espacio-tiempo · Universo observable · Universo · Materia oscura · Energía oscura
Experimentos Planck (satélite) · WMAP · COBE
Científicos Albert Einstein · Edwin Hubble · Georges Lemaître · Stephen Hawking · George Gamow
Portales
Principal Cosmología
Otros Física · Astronomía · Exploración espacial · Sistema Solar

El espacio-tiempo es el modelo matemático que combina el espacio y el tiempo en un único continuo como dos conceptos inseparablemente relacionados. En este continuo espacio-temporal se desarrollan todos los eventos físicos del Universo, de acuerdo con la teoría de la relatividad y otras teorías físicas. La expresión espacio-tiempo ha devenido de uso corriente a partir de la teoría de la relatividad especial formulada por Einstein en 1905, siendo esta concepción del espacio y el tiempo uno de los avances más importantes del siglo XX en el campo de la física.

De acuerdo a las teorías de la relatividad de Einstein, el tiempo no puede estar separado de las tres dimensiones espaciales, sino que al igual que ellas, este depende del estado de movimiento del observador. En esencia, dos observadores medirán tiempos diferentes para el intervalo entre dos sucesos, la diferencia entre los tiempos medidos depende de la velocidad relativa entre los observadores. Si además existe un campo gravitatorio también dependerá la diferencia de intensidades de dicho campo gravitatorio para los dos observadores. El trabajo de Minkowski probó la utilidad de considerar el tiempo como una dimensión geométrica más.

La definición de "espacio-tiempo" como un ente matemático único y continuo se puede entender desde una perspectiva pseudo-euclidiana, la cual considera al Universo como un "espacio de cuatro dimensiones" formado por tres dimensiones espaciales físicas observables y por una "cuarta dimensión" temporal (más exactamente una variedad lorentziana de cuatro dimensiones). Un caso simple es el espacio-tiempo usado en relatividad especial, donde al combinar espacio y tiempo en un espacio tetradimiensional, se obtiene el espacio-tiempo de Minkowski.

Introducción

En general, un evento específico puede ser descrito por una o más coordenadas espaciales y una temporal. Por ejemplo, para identificar de manera única un accidente automovilístico, se pueden dar el punto kilométrico donde ocurrió (una coordenada espacial), y cuándo ocurrió (una coordenada temporal). En el espacio tridimensional, se requieren tres coordenadas espaciales. Así un modelo simple de espacio tiempo es el espacio-tiempo de Minkowski:

donde t es la coordenada temporal medida por un cierto observador, y x, y, z las coordenadas cartesianas espaciales medidas por el mismo observador.

En la visión tradicional en la cual se basa la mecánica clásica, cuyos principios fundamentales fueron establecidos por Newton, es que el tiempo es una coordenada independiente de las coordenadas espaciales y es una magnitud idéntica para cualquier observador. Esto difiere del tratamiento de Minkowski donde las coordenadas medidas por otro observador diferente difieren de las medidas por el primer observador de una manera tal que en general (la transformación que permite relacionar las coordenadas de dos observadores diferentes en el espacio de Minkowski se llaman transformaciones de Lorentz).

La incorrección de la mecánica newtoniana, especialmente visible a velocidades comparables con la velocidad de la luz, fueron establecidas detectadas tanto en resultados como el experimento de Michelson y Morley, como en las ecuaciones de Maxwell para la electrodinámica, sugerían, a principios del siglo XX, que la velocidad de la luz es constante, independiente de la velocidad del emisor u observador, en contradicción con lo postulado por la mecánica clásica. La constancia de la velocidad de la luz es una consecuencia del carácter relativo de la distancia y el tiempo, de tal manera que dos observadores medirán tiempos diferentes entre dos eventos si uno está moviéndose respecto al otro (usualmente esa diferencia es muy pequeña, imperceptible con medios convencionales, pero detectable mediante relojes atómicos de alta precisión).

Einstein propuso como solución a este y otros problemas de la mecánica clásica considerar como postulado la constancia de la velocidad de la luz, y prescindir de la noción del tiempo como una coordenada independiente del observador. En la Teoría de la Relatividad, espacio y tiempo tienen carácter relativo o convencional, dependiendo del estado de movimiento del observador. Eso se refleja por ejemplo en que las transformaciones de coordenadas entre observadores inerciales (las Transformaciones de Lorentz), involucran una combinación de las coordenadas espaciales y temporal. El mismo hecho se refleja en la medición de un campo electromagnético, que está formado por una parte eléctrica y otra parte magnética, pues dependiendo del estado de movimiento del observador el campo electromagnético es visto de diferente manera entre su parte magnética y eléctrica por diferentes observadores en movimiento relativo.

La expresión espacio-tiempo recoge entonces la noción de que el espacio y el tiempo ya no pueden ser consideradas entidades independientes o absolutas.

Las consecuencias de esta relatividad del tiempo han tenido diversas comprobaciones experimentales. Una de ellas se realizó utilizando dos relojes atómicos de elevada precisión, inicialmente sincronizados, uno de los cuales se mantuvo fijo mientras que el otro fue transportado en un avión. Al regresar del viaje se constató que mostraban una leve diferencia de 184 nanosegundos, habiendo transcurrido "el tiempo" más lentamente para el reloj en movimiento.[1]

Other Languages
Afrikaans: Ruimtetyd
Alemannisch: Raumzeit
العربية: زمكان
تۆرکجه: فضازامان
беларуская: Прастора-час
বাংলা: স্থান-কাল
bosanski: Prostorvrijeme
català: Espaitemps
کوردیی ناوەندی: کاتجێ
čeština: Časoprostor
dansk: Rumtid
Deutsch: Raumzeit
Ελληνικά: Χωροχρόνος
English: Spacetime
Esperanto: Spactempo
فارسی: فضازمان
français: Espace-temps
Gaeilge: Spás-am
galego: Espazo-tempo
עברית: מרחב-זמן
हिन्दी: दिक्-काल
hrvatski: Prostorvrijeme
magyar: Téridő
Bahasa Indonesia: Ruang waktu
íslenska: Tímarúm
italiano: Spaziotempo
日本語: 時空
한국어: 시공간
lietuvių: Erdvėlaikis
latviešu: Laiktelpa
македонски: Време-простор
മലയാളം: സ്ഥലകാലം
मराठी: काल-अवकाश
Bahasa Melayu: Ruang-masa
မြန်မာဘာသာ: အာကာသအချိန်
Nederlands: Ruimtetijd
norsk nynorsk: Romtid
norsk bokmål: Romtid
ਪੰਜਾਬੀ: ਸਪੇਸਟਾਈਮ
português: Espaço-tempo
Runa Simi: Pacha
română: Spațiu-timp
Scots: Spacetime
srpskohrvatski / српскохрватски: Prostor-vreme
Simple English: Space-time
slovenčina: Časopriestor
slovenščina: Prostor-čas
српски / srpski: Простор-време
svenska: Rumtid
Türkçe: Uzayzaman
татарча/tatarça: Fäza-waqıt
українська: Простір-час
oʻzbekcha/ўзбекча: Fazo-vaqt
vèneto: Spàçiotenpo
Tiếng Việt: Không-thời gian
中文: 时空