Para nosotros — 25 millones de años, para un fotón — un instante: cómo se ve el Universo desde el otro lado del tiempo

El astrofísico Jarred Roberts observaba las estrellas en el patio de su casa en San Diego cuando una simple pregunta de su esposa lo llevó a descubrir una de las paradojas más sorprendentes del Universo. Aquella noche, el científico ajustó su telescopio para hacer astrofotografía, a pesar de las luces brillantes de la gran ciudad, y lo apuntó hacia una galaxia increíblemente lejana.

Su esposa Christina se acercó justo cuando la primera imagen espacial apareció en la pantalla de la tableta. La imagen titilaba frente a ellos, mostrando la belleza de una lejana formación estelar salpicada de incontables puntos luminosos.

Roberts le explicó que estaban viendo la galaxia Remolino —una estructura espiral que debe su nombre a su característica forma. Esta “calesita” cósmica contiene aproximadamente un billón de estrellas que giran lentamente a una distancia inconcebible de la Tierra.

Los fotones de la galaxia habían viajado por el espacio durante 25 millones de años, cubriendo aproximadamente 150 quintillones de millas para alcanzar el telescopio en el patio californiano. Las escalas son tan grandiosas que la mente humana apenas puede comprenderlas: las distancias entre objetos en el Universo superan cualquier medida terrestre.

Christina preguntó: «¿No se cansa la radiación durante un viaje tan largo?». Lo que siguió fue una larga y fascinante conversación sobre las propiedades fundamentales de las ondas electromagnéticas y la naturaleza del tiempo.

El científico admite que uno de sus primeros descubrimientos en su carrera astrofísica fue entender cuán a menudo el comportamiento de la luz contradice nuestras intuiciones sobre el mundo. No debemos confiar únicamente en el sentido común: es crucial comprender temas complejos con ayuda de expertos.

Los rayos de luz son radiación electromagnética —una onda eléctrica unida a una magnética, que se desplazan juntas a través del espacio-tiempo. Una propiedad crítica de este fenómeno es la completa ausencia de masa. Cualquier objeto con peso (ya sea una mota de polvo o una nave espacial) está limitado en cuanto a la velocidad máxima con la que puede moverse por el cosmos.

La falta de masa permite que los fotones alcancen la velocidad límite en el vacío —alrededor de 186 mil millas por segundo, o unos 300 mil kilómetros. En un año, la radiación electromagnética recorre casi seis billones de millas o 9,6 billones de kilómetros. Nada en el Universo puede moverse más rápido que este límite absoluto.

Para ilustrar lo asombroso de esta velocidad, el astrofísico ofrece un ejemplo gráfico: mientras parpadeas, una partícula logra rodear el ecuador terrestre más de dos veces. En fracciones de segundo, un cuanto recorre distancias que un humano tardaría meses en cubrir en el transporte más rápido.

Sin embargo, el espacio es tan vasto que incluso esta velocidad requiere tiempo considerable para cruzar distancias interplanetarias. La luz solar, que parte desde la superficie de nuestra estrella a 93 millones de millas, tarda poco más de ocho minutos en llegar a nosotros. Es decir, el resplandor solar que ves ahora salió del Sol hace ocho minutos.

La estrella más cercana después del Sol, Alfa Centauri, se encuentra a 26 billones de millas, o unos 41 billones de kilómetros. Cuando la observas en el cielo nocturno, estás viendo su luz tal como era hace cuatro años. Por eso los astrónomos dicen que está a una distancia de cuatro años luz.

Volvamos ahora a la pregunta de Christina, formulada con más precisión científica: ¿cómo atraviesan las ondas electromagnéticas el Universo sin ir perdiendo energía poco a poco? La respuesta es inesperada y compleja, y contradice la lógica común.

En efecto, algunos fotones pierden potencia durante su viaje. Esto ocurre cuando chocan con obstáculos como polvo interestelar y se dispersan. Cada colisión les quita parte de su energía original, debilitando su intensidad.

Pero la mayoría de los rayos simplemente siguen viajando sin toparse con nada. Esto sucede casi siempre, ya que el cosmos está compuesto principalmente por vacío —una nada absoluta. En el espacio interestelar, prácticamente no hay obstáculos para las ondas electromagnéticas.

Cuando la radiación se mueve sin impedimentos, no pierde ni una gota de energía. La velocidad de 186 mil millas por segundo puede mantenerse eternamente, sin la menor señal de desaceleración o debilitamiento.

Aún más fascinante es la imagen que plantea la relatividad del tiempo. Imagina que eres un astronauta a bordo de la Estación Espacial Internacional, que orbita a 17 mil millas por hora. En comparación con una persona en la Tierra, tu reloj de pulsera se retrasará en 0,01 segundos por año —una diferencia diminuta, pero medible.

Este fenómeno se llama dilatación temporal —el ritmo del tiempo cambia según las condiciones de movimiento. Si te desplazas muy rápido o estás cerca de un campo gravitacional potente, tu reloj avanza más lentamente que el de alguien que se mueve más despacio o está más lejos de la fuente de gravedad. El tiempo es relativo —lo sabe cualquiera que haya cursado octavo grado.

Incluso los astronautas en la EEI experimentan dilatación, aunque el efecto sea mínimo. La velocidad orbital de la estación basta para producir cambios medibles, aunque microscópicos, en el flujo del tiempo.

La luz está inseparablemente unida a los procesos temporales por las leyes fundamentales de la física. Imagina que cabalgas sobre un fotón —una partícula elemental de las ondas electromagnéticas. En ese caso, experimentarías la mayor dilatación posible en el cosmos.

Los observadores en la Tierra verían que te mueves a la velocidad límite —186 mil millas por segundo—, pero desde tu punto de vista, el flujo del tiempo se detendría por completo. La razón es que los “relojes” que miden el paso del tiempo están en condiciones radicalmente distintas: el cuanto viaja a la velocidad máxima, mientras que nuestro planeta aún avanza lentamente por su órbita solar.

Además, cuanto más te acercas a esa velocidad límite, más se acorta la distancia entre el punto de partida y el de llegada. El propio espacio se comprime en la dirección del movimiento —cuanto más rápido viajas, más corto se vuelve el trayecto. Para un fotón, el espacio se contrae literalmente hasta tamaños infinitesimales.

Esta explicación nos devuelve a la imagen de la galaxia Remolino que captó el astrofísico. Desde el punto de vista de una partícula elemental, todo es extremadamente simple: una estrella dentro de la estructura espiral emitió un cuanto de radiación electromagnética, y de inmediato un único píxel de la cámara en el patio californiano lo absorbió —en ese mismo instante. Como el espacio está comprimido al máximo, para el fotón el viaje fue infinitamente rápido e infinitamente corto —una fracción mínima de segundo.

Pero desde nuestra perspectiva terrestre, ese mismo cuanto partió de una galaxia remota hace 25 millones de años y atravesó 25 millones de años luz de vacío cósmico antes de caer sobre la pantalla de la tableta.

Así, una simple curiosidad sobre la naturaleza de la radiación electromagnética abrió la puerta a un mundo asombroso, donde los flujos del tiempo pueden detenerse, el espacio se encoge, y las partículas viajan por el Universo sin envejecer ni un solo instante.