El Universo según un fotón The Universe according to a photon

Se dice que cuando Einstein era joven se preguntó cómo sería el Universo visto desde el punto de vista de la luz. Se ha repetido mucho, pero nunca he oído la respuesta a esa pregunta.

Según la Teoría de la Relatividad Especial o Restringida, bajo el punto de vista de un observador en movimiento, todo lo que hay alrededor se contrae en la dirección de su movimiento. Esta contracción es mayor cuanto más se acerca la velocidad del observador a la velocidad de la luz en el vacío, c. Se podría decir que para el observador el Universo entero se contrae en esa dirección, las distancias para ese observador se reducen. Desde el mismo Einstein en adelante se ha utilizado la fórmula de contracción de longitudes y de tiempo y del incremento de la masa a velocidades relativistas para argüir que el límite de la velocidad de la luz es inalcanzable porque hace falta una energía infinita para acelerar un objeto desde una velocidad inferior a c hasta esta velocidad. Pero los fotones ya están dotados de esta velocidad, la cual es constante para ellos. Entonces, según las fórmulas de contracción de Lorentz, desde el punto de vista de un fotón (u otra partícula dotada de la velocidad de la luz) la contracción del Universo es total. Cualquier distancia es cero y llega instantáneamente a cualquier parte. O más correctamente diríamos que el intervalo espacio-tiempo es igual a cero.

Si para un fotón el Universo está reducido a un punto (o, si queremos considerarlo así, un plano perpendicular a la dirección de propagación de la luz, o sea la dirección de ese fotón), realmente es como si estuviera en todas las partes al mismo tiempo (que también es cero para el desplazamiento de ese fotón). El cambio ocurre cuando ese fotón es detenido por cualquier proceso físico, por ejemplo absorbido por un átomo. A partir de ahí, su velocidad deja de ser c, y el fotón realmente deja de ser un fotón. En ese sentido, además, realmente estamos en una suerte de proceso de medida de la posición del fotón. Determinamos la posición de lo que hasta ahora había sido un fotón y para éste el Universo deja de ser lo que era, de longitud cero, para convertirse en un Universo del tamaño que tenga en “reposo”.

Recapitulando, vemos que cuando el fotón existe, se puede conocer con precisión absoluta su velocidad (c), pero no conocemos realmente su posición, ya que para el fotón la longitud del universo es cero, y cuando se hace una medida de la posición del fotón, éste deja de existir, y es su velocidad la que realmente se desconoce (aunque haya quien pueda decir que la velocidad sería la del objeto que lo absorbe o detiene, no es así, porque al dejar de existir el fotón, su velocidad deja de tener sentido). Se produce así el mismo efecto del colapso de la función de onda que establece la mecánica cuántica.

It is said that when Einstein was young he asked himself how the Universe would be seen from the point of view of light. It has been told many times, but I have never heard the answer to that question.

According to the Special Theory of Relativity, under the point of view of an observer in motion, everything there is around shrinks in the direction of its movement. This contraction is greater the greater the speed of the observer, approaching the speed of light in a vacuum, c. You could say that to the observer the entire Universe shrinks in that direction, for this observer distances are reduced. Since Einstein the formula of contraction of lengths and time and the increase of the mass at relativistic speeds has been used to argue that the limit of the speed of light is unreachable because an infinite energy is needed to accelerate an object from a speed less than c to that speed. But photons already have that speed, which is constant for them. Then, according to the formulas of Lorentz, from the point of view of a photon (or another particle at the speed of light) contraction of the Universe is total. Any distance is zero and you can reach anywhere instantly. Or saying it more correctly, the space-time interval equals zero.

If the Universe is reduced to a point for a photon (or, if we want to consider it as well, a plane perpendicular to the direction of propagation of light, i.e. the direction of the photon), it really is as if it were everywhere at the same time (which is also zero for the photon). But there is a change when the photon is stopped by any physical process, e.g. absorbed by an atom. From then, its speed is no longer c, and the photon really ceases to be a photon. We can consider now, we are really in a kind of measurement of the position of the photon. We determine the position of what until now had been a photon and for it the Universe ceases to be what it was, zero-length, to become a Universe of the size when it is "stationary".

Summing up, we see that when the photon exists, its speed can be determined with absolute precision (c), but we do not know really its position, since the length of the Universe is zero for the photon, and when we measure the position of the photon, it ceases to exist, and its speed is really unknown (although someone could say that the speed would be that of the object that absorbs it or stops it. That’s not the case, because the photon by ceasing to exist, its speed doesn’t make sense anymore). So, it’s the same effect of the collapse of the wave function that the Quantum Mechanics set.

Imposibilidad de viajar atrás en el tiempo Impossibility of travelling back in time

Hoy expondré una duda que relaciona Relatividad y Termodinámica con la imposibilidad de viajar hacia atrás en el tiempo.

a) Enfoque termodinámico: Según el 2º principio de la Termodinámica, el grado de desorden en el Universo o entropía no puede más que crecer. Se puede hacer disminuir la entropía local en un sistema cerrado, pero a costa de que, a efectos globales, la entropía global del Universo crezca.

b) Enfoque relativista: Según el principio en el que se basa la relatividad, las leyes físicas tienen que ser las mismas para todos los observadores, sin importar el estado de movimiento de los mismos. Yo quiero ampliar este concepto (y tal vez éste sea el punto de error de mi razonamiento), no sólo al estado particular de movimiento de un observador, sino en un sentido genérico, es decir, que sean cuales sean las circunstancias en que se desenvuelva un observador, las leyes de la física deben ser las mismas que las de otro observador con circunstancias diferentes.

Combinando estos dos enfoques, defiendo que sólo se puede viajar hacia delante en el tiempo, ya que si alguien viaja hacia atrás, se encontraría en un estado de menor entropía global en el Universo, lo cual entraría en conflicto con el 2º PTD.

Today I will explain a question that relates to Relativity and Thermodynamics with the impossibility to travel back in time.

a)Thermodynamic approach: according to the Second Principle of Thermodynamics, the degree of disorder in the universe or entropy can only grow. You can reduce the local entropy in a closed system, but at the price that the global entropy of the Universe grows.

b)Relativistic approach: according to the Relativity Principle, the laws of Physics should be the same for all observers, regardless of their state of motion. I want to expand this concept (and perhaps this is the failure of my reasoning), not only to the particular state of motion of an observer, but in a generic sense, i.e., whatever the circumstances of an observer , the laws of Physics should be the same as those of another observer with different circumstances.

Combining these two approaches, I defend that you can travel only forward in time, since if someone travels back, he would be in a state of lower global entropy in the Universe, which would conflict with the 2nd TDP.

Isotropía en la radiación cósmica de fondo Isotropy in the cosmic background radiation

La radiación cósmica de fondo es la luz que nos llega desde la época en la que el Universo tenía unos 400000 años. Es lo más lejos que se puede ver en el espectro electromagnético porque anteriormente el Universo no era transparente. Se debe a que había tal cantidad de radiación que no se podían formar átomos neutros ya que la radiación los hacía mantenerse en forma iónica. Esta radiación corresponde a la llamada superficie de recombinación, cuando súbitamente todo el Universo se hizo transparente. Este resultado se deduce de la alta isotropía de esta radiación, o sea que las variaciones son muy pequeñas en esta radiación de una parte a otra, en cualquier dirección en la que miremos. Esta situación provoca uno de los grandes problemas de la cosmología ya que cuando se produce una variación en cualquier objeto cósmico, para que se pueda transmitir por todo el objeto tiene que haber una conexión causal, o sea que la distancia a la que se propaga tal variación debe ser alcanzable por la luz para poner en contacto las partes que varían. Este conocimiento se usa, por ejemplo para determinar la compacidad de un objeto astronómico, como estrellas de neutrones, agujeros negros, cuásares, etc. La causa de la uniformidad o isotropía de la radiación puede ser debida a:

1. (Respuesta menos controvertida oficialmente, pero poco satisfactoria como se reconoce por los cosmólogos) Que el Universo era anteriormente ya muy homogéneo y que se produjo a la vez la recombinación de electrones y protones en todos los lugares del Universo casi a la vez.
2. (Idea propia, aunque probablemente alguien lo ha sacado antes a la luz) La velocidad de la luz no es constante, o en aquel momento era mucho más alta, pudiendo poner en contacto causal partes muy distantes del Universo en muy poco tiempo. Esta idea también tiene otras implicaciones de las que tal vez hable más adelante.
3. (Esta idea creo que ya se le ha ocurrido antes a alguien) La isotropía en los momentos iniciales del Universo no se deben a la inflación sino que tenemos un modelo de expansión estándar (no inflacionario). En esta situación, el tamaño del Universo era suficientemente pequeño en la superficie de recombinación para que, cuando miramos lejos en el espacio, y por consiguiente miramos atrás en el tiempo, veamos un momento en el que el Universo era menor que el volumen de una esfera centrada en nuestro espacio-tiempo actual. O sea para no ser farragoso, me explicaré con un ejemplo. Si miramos hacia la superficie de recombinación, miramos a unos 13700 millones de años-luz de distancia. El volumen de Universo que vemos sería entonces una esfera centrada en nosotros de un radio de 13700 millones de años-luz. En ese momento, si no consideramos la inflación, el tamaño del Universo sería inferior al tamaño de esta esfera, por lo que la radiación que nos llega se tendría que estirar para cubrir todo el cielo. Yo pienso que entonces toda esta luz se vería más débil de lo que le correspondería a tal distancia, y las características (ya que no podemos hablar de objetos en ese momento) se verían más grandes de lo que realmente serían, haciendo estos dos efectos el papel de un estiramiento aparente y una homogeneidad aparentemente mayor.

The cosmic background radiation is the light that comes from the era when the Universe was about 400000 years old. It is the farthest that can be seen in the electromagnetic spectrum because previously the Universe wasn’t transparent. It is because there was so much radiation that not neutral atoms could be made since the radiation made them stay in ionic form. This radiation corresponds to the so-called surface of last scattering, when suddenly all the Universe became transparent. This result is deduced from the high isotropy of this radiation, i.e. variations are very small in this radiation from one part to another, in any direction in which we look. This situation provokes one of the major problems of cosmology since when there is a variation in any cosmic object, to be transmitted throughout the object there must be a causal connection, i.e. the distance the variation is propagated to should be reachable by light to put in contact the varying parts. This knowledge is used, for example for determining the compactness of an astronomical object, such as neutron stars, black holes, quasars, etc. The cause of uniformity or isotropy of radiation can be due to:

1. (Less controversial officially, but somehow unsatisfactory answer as recognized by cosmologists). The Universe was previously already very homogeneous and almost at the same time the recombination of electrons and protons everywhere in the Universe took place.
2. (Own idea, although probably someone has expressed it before). The speed of light is not constant, or at that time it was much higher, and it could have put in causal contact very distant places in a very short time. This idea also has other implications which I maybe write about later.
3. (I think that someone has considered this before). The isotropy in the initial moments of the Universe should not be due to inflation, but we have a standard expansion model (non-inflationary). In this situation, the size of all the Universe was small enough at the last scattering time so that, when we look further into space, and thus we look back in time, we see a time when the Universe was smaller than the corresponding volume of a sphere centered at our current space-time. That is, in order not to mess things, I will explain it with an example. If we look to the surface of last scattering, we look to 13700 million light-years away. So the volume of the Universe we see would be a sphere centered on us with a 13700 million light-years radius. At that time, if we do not consider inflation, the size of the Universe would be smaller than the size of this area, so that the radiation that reaches us would need to be stretched to cover the whole sky. I think then that all this light would look weaker at that distance, and features (since we cannot talk about objects at that time) would appear larger than they would actually be, playing these two effects the role of an apparent stretch and an apparently higher homogeneity.

Hola, ¿hay alguien ahí? Hello, Is anyone out there?







Puede que la mayor parte de las ideas, si no todas, que exprese aquí sean chorradas, malas interpretaciones o desconocimiento total de lo que trato. Si alguien quiere apuntar los fallos en mis interpretaciones puede hacer sus comentarios en la sección correspondiente.

Maybe most of the ideas, if not all, I express here are crap, misinterpretations or total ignorance of what I'm writing about. If someone wants to point the flaws in my interpretations they can comment in the corresponding section