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.