33.2 Conceptos de tiempo: de cronologías a relatividad

El estudio del tiempo ha sido una constante en la historia de la ciencia y de la humanidad. Desde las asociaciones naturales con el día y la noche hasta las más sofisticadas teorías de la relatividad, la noción de tiempo ha evolucionado en paralelo con el desarrollo tecnológico y filosófico de distintas culturas. En este recorrido historicista abordaremos las principales etapas: la creación de calendarios y cronologías, el establecimiento del tiempo mecánico, el paradigma newtoniano, el advenimiento de la termodinámica y, finalmente, la revolución einsteniana que funde espacio y tiempo en un continuo dinámico.

1. La noción primitiva de tiempo: observación astronómica y calendarios

En las primeras civilizaciones, el tiempo se mediaba a partir de movimientos celestes. Las culturas sumeria y egipcia (alrededor del 3000–2500 a.C.) observaron el Sol, la Luna y las estrellas para ordenar la siembra y la cosecha. El calendario egipcio, instituido alrededor del 2700 a.C., dividía el año en tres estaciones ligadas al ciclo anual de Inundación, Siembra y Cosecha. En Mesopotamia se desarrolló el cómputo sexagesimal, base de los 60 minutos y 360 grados.

En Mesoamérica, la cultura maya alcanzó una precisión asombrosa con su Cuenta Larga (c. 200–900 d.C.), calculando ciclos de 5 125,36 días con exactitud casi perfecta. Los sacerdotes astrónomos mayas sincronizaban el calendario solar (Haab’ de 365 días) con el ceremonial (Tzolk’in de 260 días) mediante la rueda calendárica.

2. Cronologías históricas y linealidad del tiempo

La idea de cronología histórica—registrar sucesos con fechas absolutas o relativas—se remonta al historiador griego Heródoto (c. 484–425 a.C.), quien introdujo un orden secuencial de batallas y reinados. La línea del tiempo adquirió un matiz lineal y progresivo con el cristianismo, al implantar el sistema Anno Domini (A.D.) propuesto por Dionisio el Exiguo en 525 d.C. El monje Beda el Venerable (673–735) popularizó esta datación en su Historia eclesiástica del pueblo inglés (731), cimentando la base cronológica occidental.

• 525 d.C.: Dionisio el Exiguo establece el cómputo Anno Domini.
• 731 d.C.: Beda utiliza el A.D. en su obra histórica.
• 1452 d.C.: Eras superiores y renovadas observaciones astronómicas ajustan el calendario Juliano.

3. El tiempo mecánico y la medida precisa: relojes e instrumental

La Edad Media europea vio las primeras ruedas dentadas aplicadas a relojes de torre, hacia 1300. Eran aparatos artesanales que marcaban las horas basados en escape de foliot. En 1656 el físico Christiaan Huygens patentó el primer reloj de péndulo, reduciendo los errores de marcha a pocos segundos al día. Este avance se convirtió en estándar durante los siguientes siglos.

A mediados del siglo XVIII, el relojero inglés John Harrison fabricó el cronómetro marino H4 (1761), que permitió determinar la longitud en el mar con una precisión de segundos. El experimento de James Cook (1768–1771) lo demostró durante su viaje al Pacífico: las diferencias de hora entre la posición de partida y la posición en elevación del Sol arrojaron con alta exactitud la longitud geográfica.

4. La revolución newtoniana: tiempo absoluto y lineal

En 1687 Isaac Newton publicó los Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, donde definió el tiempo como “absoluto, verdadero y matemático, por sí mismo y por su naturaleza, fluye uniformemente sin relación con nada externo”. Este concepto sustentó la mecánica clásica y las leyes del movimiento durante dos siglos. El tiempo newtoniano era universal: todos los observadores compartían la misma “flecha” de tiempo, inmutable e independiente del espacio.

El Scholium General que acompaña al libro III de los Principia subraya la invariancia temporal y fue motivo de debate filosófico entre Leibniz—quien defendía un tiempo relativo, fruto de las relaciones entre cuerpos—y Newton, del lado del substantivalismo.

5. El tiempo termodinámico y la flecha del tiempo

A mediados del siglo XIX, con el desarrollo de la termodinámica, se introdujo una nueva orientación del tiempo: la flecha térmica o flecha del tiempo. Rudolf Clausius (1850) formuló el concepto de entropía (S), una magnitud que crece en procesos irreversibles. En su segundo principio estableció que “la entropía del universo tiende a un máximo”, confiriendo una dirección privilegiada al tiempo físico.

En 1927 el astrofísico Arthur Eddington popularizó la idea de la flecha del tiempo orientada por la entropía, argumentando que esta asimetría define nuestro sentido de pasado y futuro. A lo largo del siglo XX la termodinámica estadística profundizaría en la microscopía de los procesos irreversibles.

6. Relatividad especial: la fusión de espacio y tiempo

En 1905 Albert Einstein presentó su teoría de la relatividad especial, que reformuló radicalmente el concepto de tiempo. Para los marcos inerciales la simultaneidad era relativa: dos eventos simultáneos en un sistema pueden no serlo en otro que se mueva a velocidad constante respecto al primero. El tiempo dejó de ser absoluto y formó pareja con el espacio en un continuo de cuatro dimensiones.

La famosa fórmula de la dilatación del tiempo, Δt′ = Δt / √(1 – v²/c²), muestra que un reloj en movimiento medirá un intervalo mayor (Δt′) que uno en reposo (Δt). Este efecto, minúsculo a velocidades terrestres, se verificó experimentalmente en 1971 en el experimento de Hafele y Keating: relojes atómicos volaron alrededor del mundo en aviones y regresaron con desfases de nanosegundos coherentes con las predicciones relativistas.

• 1905: publicación de “Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”.
• 1938: experimento de Ives–Stilwell certifica el corrimiento al rojo en la emisión de átomos en movimiento.
• 1971: Hafele–Keating confirman la dilatación del tiempo con relojes atómicos volando en aviones.

7. Relatividad general y tiempo gravitacional

En 1915 Einstein completó su teoría de la relatividad general, donde la gravedad deja de ser una fuerza y se describe como curvatura del espacio-tiempo. Un aspecto sorprendente es la dilatación gravitacional del tiempo: cuanto más intenso es el campo gravitatorio, más lento transcurre el tiempo. El fenómeno ha sido comprobado desde el experimento Pound–Rebka (1959) hasta la precisión de los relojes atómicos modernos.

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un caso práctico: los satélites en órbita a unos 20 000 km experimentan un campo gravitatorio más débil y velocidades relativas (~3,9 km/s). Sus relojes adelantan ~38 microsegundos por día según la fórmula relativista de no corregirse, el posicionamiento derivaría en errores de kilómetros.

• 1915: publicación de los trabajos definitivos de relatividad general.
• 1959: Pound–Rebka miden el corrimiento al rojo gravitacional en Harvard.
• Global Positioning System (comienzos de 1970): aplicaciones prácticas de correcciones relativistas.

8. Tiempo en la física cuántica y cosmología

El desarrollo de la mecánica cuántica en los años 1920–1930 reavivó debates sobre la naturaleza del tiempo. Mientras la ecuación de Schrödinger evoluciona con un parámetro temporal externo, la unificación con la relatividad general sugiere que el tiempo podría no ser fundamental, sino emergente. En la gravedad cuántica de bucles o en la ecuación de Wheeler–DeWitt, el “tiempo” desaparece: la función de onda universal es estacionaria.

En cosmología, el Big Bang define un “comienzo” al tiempo: hace ~13 800 millones de años (Ga) el universo se encontraba en un estado de densidad y temperatura extremas. El «tiempo de Planck» (~5 × 10^-44 s) marca la frontera en que la gravedad cuántica habría dominado la dinámica del cosmos incipiente.

• 1926: Erwin Schrödinger formula la ecuación de onda dependiente del tiempo.
• 1967: Bryce DeWitt y John Wheeler proponen la ecuación de Wheeler–DeWitt sin término de tiempo explícito.
• Actualidad: discusión sobre el tiempo emergente en teorías de gravedad cuántica.

9. Interpretaciones filosóficas y desafíos contemporáneos

Existen dos grandes visiones filosóficas del tiempo: el presentismo, que sostiene que solo el presente es real, y el eternalismo o «bloque de universo», donde pasado, presente y futuro coexisten en un continuo. La relatividad favorece el eternalismo: diferentes observadores pueden discordar sobre qué eventos pertenecen al «ahora». La física moderna enfrenta además preguntas sin resolver: ¿es el tiempo fundamental o emergente? ¿Cómo reconciliar la flecha térmica con la simetría temporal de las leyes cuánticas?

Los avances en relojes cuánticos de femtosegundo (10^-15 s) y las pruebas de decoherencia ponen en jaque nuestras intuiciones. La búsqueda de un reloj perfecto y universal sigue abierta: desde el clásico péndulo egipcio hasta los relojes de red de átomos fríos, el concepto de tiempo seguirá evolucionando junto al conocimiento científico.

10. Conclusión

La historia del concepto de tiempo es la historia misma de la ciencia: cada avance tecnológico y cada descubrimiento teórico han redefinido nuestra percepción y medición del tiempo. De las primeras observaciones astronómicas y calendarios rituales, pasando por el tiempo absoluto de Newton, la flecha irreversible de la termodinámica y la profunda transformación de la relatividad einsteniana, hemos llegado hasta la frontera de la física cuántica y la cosmología moderna. Aun hoy, el tiempo continúa siendo un enigma que desafía nuestra comprensión más íntima de la realidad.

Libros recomendados sobre conceptos de tiempo

• Einstein’s Clocks, Poincaré’s Maps: Empires of Time

  Peter Galison. Analiza cómo las prácticas científicas de medición temporal y las estrategias cartográficas moldearon la comprensión del tiempo en el siglo XX.

  Enlace: https://www.hup.harvard.edu/catalog.php?isbn=9780226312576

• Cartographies of Time: A History of the Timeline

  Daniel Rosenberg y Anthony Grafton. Recorrido histórico por las diferentes formas de representar cronologías, desde manuscritos medievales hasta infografías digitales.

  Enlace: https://press.uchicago.edu/ucp/books/book/chicago/C/bo3647024.html

• Maps of Time: An Introduction to Big History

  David Christian. Introduce la noción de Big History y propone marcos cronológicos que integran eventos cósmicos, geológicos, biológicos y humanos.

  Enlace: https://www.ucpress.edu/book/9780520253843/maps-of-time

• El orden del tiempo

  Carlo Rovelli (traducción al español). Reflexión filosófica y física sobre la naturaleza del tiempo, desde la termodinámica hasta la gravedad cuántica.

  Enlace: https://www.herdereditorial.com/libro/el-orden-del-tiempo/

• The Evolution of Knowledge: Rethinking Science for the Anthropocene

  Jürgen Renn. Propone un enfoque histórico-comparativo para entender cómo evoluciona el conocimiento científico y su relación con la percepción del tiempo.

  Enlace: https://mitpress.mit.edu/9780262357388/the-evolution-of-knowledge/