¿Realmente envejecerías más lentamente en una nave espacial a una velocidad cercana a la de la luz?

Viaje de alta velocidad. Craig Cormack / Flickr

Cada semana, los lectores de nuestro boletín espacial, The Airlock, envían sus preguntas para que las responda el reportero espacial Neel V. Patel. Esta semana: dilatación del tiempo durante los viajes espaciales.

Escuché que la dilatación del tiempo afecta los viajes espaciales de alta velocidad y me pregunto la magnitud de ese efecto. Si tuviéramos que lanzar un vuelo de ida y vuelta a un exoplaneta cercano, digamos a 10 o 50 años luz de distancia, ¿cómo afectaría eso al tiempo de los humanos en la nave espacial frente a los humanos en la Tierra? Cuando los viajeros espaciales regresen, ¿serán mucho más jóvenes o mayores en relación con las personas que se quedaron en la Tierra? -Sarga

La dilatación del tiempo es un concepto que aparece en muchas películas de ciencia ficción, incluida la de Orson Scott Card. Juego de Ender , donde un personaje envejece solo ocho años en el espacio mientras pasan 50 años en la Tierra. Este es precisamente el escenario esbozado en el famoso experimento mental del Paradoja gemela : un astronauta con un gemelo idéntico en el control de la misión hace un viaje al espacio en un cohete de alta velocidad y regresa a casa para descubrir que el gemelo ha envejecido más rápido.

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 en realidad crea alteraciones en el flujo del tiempo. Cuanto más rápido se mueva 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 se mide de manera diferente para el gemelo que se movió por el espacio y el gemelo que se quedó en la Tierra. El reloj en movimiento marcará más lentamente que los relojes que estamos viendo en la Tierra. Si puedes viajar cerca de la velocidad de la luz, los efectos son mucho más pronunciados.

A diferencia de Twin Paradox, la dilatación del tiempo no es un experimento mental o un concepto hipotético, es real. El 1971 Experimentos de Hafele-Keating lo demostró cuando dos relojes atómicos volaron en aviones que viajaban en direcciones opuestas. El movimiento relativo en realidad tuvo un impacto medible y creó una diferencia de tiempo entre los dos relojes. Esto también se ha confirmado en otros experimentos de física (p. ej., partículas de muones que se mueven rápidamente). tarda más en descomponerse ).

Entonces, en su pregunta, un astronauta que regresa de un viaje espacial a velocidades relativistas (donde los efectos de la relatividad comienzan a manifestarse, generalmente al menos una décima parte de la velocidad de la luz ) sería, al regresar, más joven que los amigos y familiares de la misma edad que se quedaron en la Tierra. Exactamente cuánto más joven depende exactamente de qué tan rápido se haya estado moviendo y acelerando la nave espacial, por lo que no es algo que podamos responder fácilmente. Pero si está tratando de llegar a un exoplaneta a una distancia de 10 a 50 años luz y aún así llegar a casa antes de morir de vejez, tendría que estar moviéndose a una velocidad cercana a la de la luz.

Aquí hay otra arruga que vale la pena mencionar: la dilatación del tiempo como resultado de los efectos gravitacionales. Es posible que hayas visto la película de Christopher Nolan. Interestelar , donde la proximidad de un agujero negro hace que el tiempo en otro planeta se ralentice enormemente (una hora en ese planeta son 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 está el reloj de la fuente de gravitación, más lento pasa el tiempo; cuanto más lejos esté el reloj de la gravedad, más rápido pasará el tiempo. (Podemos guardar los detalles de esa explicación para un futuro Airlock).

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