¿No volvería una nave espacial que viaja a velocidades lumínicas o cercanas a la luz para encontrar la Tierra cientos de años en el futuro?

La relatividad especial es la explicación científica de las razones por las que las naves espaciales que se mueven a la velocidad de la luz o cerca de ella experimentan menos tiempo. Cuanto más cerca de la velocidad de la luz, menos tiempo pasa. Para regresar a la Tierra después de cientos de años, la nave espacial ha viajado a algún lugar que tarde, al menos, cien años en llegar y hacer el viaje de regreso a la Tierra.

Sin embargo, hay un número razonable de destinos mucho más cerca de casa. Así que viajar allí no significará que nuestros astronautas regresen a casa siglos después. Por ejemplo, un viaje a Sirio al 90% de la velocidad de la luz llevará diez años de ida y otros diez años de regreso. La dilatación del tiempo será de aproximadamente dos, por lo que los astronautas solo viajarán durante diez años durante todo el viaje de ida y vuelta. Además del tiempo que pasaron explorando el sistema Sirius, digamos cinco años. Esto significa que los astronautas estarán fuera durante veinticinco años, pero solo experimentarán quince años.

Un ejemplo de ciencia ficción, en el cuento de Larry Niven "Las singularidades me ponen nervioso", el astronauta viaja a una velocidad relativista a un enorme agujero negro donde aprovecha la propiedad hipotética de los agujeros negros para hacer retroceder en el tiempo cosas como naves espaciales. Luego hace el viaje de regreso y regresa a la Tierra antes de partir. Si vuestros astronautas descubren un mecanismo para hacerlos retroceder en el tiempo podrán, al menos, volver a la Tierra sin que hayan pasado siglos.

En el momento en que se escribió la historia de Niven, se creía que los agujeros negros podían usarse como máquinas del tiempo. La idea ha sido posteriormente desacreditada científicamente, pero el principio general aún se aplica. Encuentre un agujero de gusano o una discontinuidad de espacio-tiempo adecuada que pueda actuar como una máquina del tiempo y sus astronautas estarán en casa sin pasar demasiado.

Por supuesto, si el futuro en el que tiene lugar este viaje relativista ha inventado su propia forma de viajar en el tiempo, entonces pueden manipular el tiempo para evitar regresar a casa con siglos de retraso. La novela de Larry Niven Rainbow Mars (1999) tiene una discusión sobre esta posibilidad.

Al no tener acceso al ejemplo de cómo funcionaría esto en el libro de Niven, aquí está mi ejemplo práctico del proceso. Una nave espacial a Sirius al 90% de la velocidad de la luz llega allí en diez años. Lo exploran durante cinco años. antes de dejar Sirius, activan una máquina del tiempo que transporta naves espaciales y astronautas un poco menos de veinticinco años hacia el pasado. Vuelan a casa y llegan poco después de su partida original hacia Sirius.

Si una nave espacial viajara exactamente a la velocidad de la luz, el tiempo absolutamente cero pasaría en la nave espacial. Esto significa que sus astronautas pueden viajar tan lejos como quieran y no pasará tiempo para ellos. Esto tiene un inconveniente. Si no pasa el tiempo, ¿cómo saber cuándo apagar su impulso espacial y dejar de viajar a la velocidad de la luz? Afortunadamente, esto debería ser aún más imposible de hacer que viajar más rápido que la velocidad de la luz.

Si fuera posible viajar a la velocidad de la luz, sería extremadamente fácil viajar y regresar no solo siglos en el futuro, sino milenios e incluso millones de años.

Hay un límite para lo lejos que pueden viajar los astronautas y no siglos después, y ese es viajar no más allá de un poco menos de cincuenta años luz a velocidades relativistas. En el peor de los casos, esto significa regresar a la Tierra unos cien años después, pero lo bueno es que esto no será cientos de años después.

AÑADIDO A LO ANTERIOR EN EL MISMO DÍA:

Hay otra forma menos obvia pero bastante peculiar de evitar que los astronautas regresen siglos después de su partida. Esto se ha utilizado en dos novelas de ciencia ficción. Schild's Ladder (2002) de Greg Egan , donde solo se menciona de pasada como parte del trasfondo de la historia, y en Lockstep (2014) de Karl Schroeder, donde es parte de la trama que impulsa la historia. Con Schroeder el concepto se trata a fondo y es el centro de la historia.

Básicamente, las personas en un planeta como la Tierra reducen la velocidad de su propio tiempo para que coincida con el paso del tiempo experimentado por los astronautas que viajan a algún lugar en el espacio profundo. En Egan, las personas son entidades de software, por lo que simplemente reducen la velocidad del reloj de las computadoras donde se implementa su existencia. En Schroeder, esto se hace mediante una combinación de biosuspensión (o animación suspendida) y un estilo de vida muy regulado. Esta combinación es Lockstep.

Con Lockstep de Schroeder , si los astronautas viajan a una velocidad relativista promedio del 99% de la velocidad de la luz a un destino a 693 años luz de distancia. El tiempo de viaje será de 700 años en el marco de descanso, pero los astronautas experimentarán 70 años. La dilatación del tiempo será diez. En la Tierra, la gente entrará en biosuspensión durante nueve días. En el décimo día, todos emergerán sincronizados y harán lo que normalmente harían durante un día. Esto continuaría durante todo el viaje de ida y vuelta de la nave espacial.

Efectivamente, pasan ciento cuarenta años para los astronautas y las personas en la Tierra durante el tiempo del viaje de los astronautas. Sí, este es el futuro, por lo que podemos suponer que han alcanzado una longevidad extrema. Esto significa que las expediciones interestelares que duran dos siglos serán el equivalente a varios años para nosotros, los humanos de vida más corta.

Esto se puede reducir para viajes interestelares más realistas a estrellas cercanas en las cercanías del sistema solar. Sin embargo, si la gente de atrás estuviera preparada para reducir la velocidad de modo que no pasara más para las personas en la Tierra que para los astronautas que viajan a través del espacio interestelar, entonces, incluso si estrictamente hablando hubieran pasado muchos siglos tanto para la Tierra como para los astronautas, experimentarían la misma cantidad. de tiempo. No habrá una discrepancia de tiempo de siglos para los astronautas que regresan.

Nota: Karl Schroeder ideó su sistema ficticio Lockstep como una forma de sortear los problemas de viajar distancias astronómicas sin viajar más rápido que la luz.

Depende de lo lejos que viajen.

Si viajan cientos de años luz mientras viajan cerca de la velocidad de la luz, entonces sí, serán cientos de años en el futuro. Si viajan 1 año luz cerca de la velocidad de la luz, será un año en el futuro. La forma en que funciona la dilatación del tiempo es que los viajeros en el barco experimentarán menos tiempo del que realmente ha pasado.

Digamos que la nave viaja al 99,99% de la velocidad de la luz. Viajan a una estrella a 70 años luz de distancia. Si bien el barco aún tardará 70 años en llegar allí, a esa velocidad particular, los pasajeros a bordo del barco solo habrán experimentado alrededor de un año.

Entonces, en cierto modo, podrías decir que es una forma de viajar al futuro, pero una vez que lo miras, no lo es realmente.

A mi modo de ver, hay dos formas de prevenirlo:

1. Viaja lo suficientemente lento como para que la dilatación del tiempo deje de ser un gran problema (lo seguirá siendo, depende de ti cuánto es tolerable).

2. Violar la causalidad para que las personas que viajan no viajen en realidad, sino que simplemente lleguen a su destino (una especie de motor warp o agujero de gusano).

Si aún desea que viajen y que viajen a velocidades relativistas, entonces no creo que sea posible de acuerdo con nuestra comprensión actual de la ciencia.

Dependiendo de la física de su entorno, las velocidades superlumínicas pueden ser una solución a este problema, pero eso está fuera del alcance de la ciencia .

Otras respuestas han resumido muy bien cómo viajar más rápido ralentiza el tiempo para el viajero (pero lo deja como estaba para todos los demás). Por lo tanto, volar alrededor de la galaxia a la velocidad de la luz puede ser divertido, pero para cuando llegues a casa, tus amigos y familiares se habrán ido hace mucho tiempo y no podrás decírselo.

Nuestra comprensión actual de la física no tiene una solución a este problema (¿o es una característica?) de los viajes físicos. La ciencia ficción ha tenido algunas ideas:

• agujeros de gusano
• Motor warp
• 'espacio plegable'
• Envía una sonda de robot y luego usa la realidad virtual para fingir que fuiste allí
• Haz que el tiempo del resto del universo vaya más lento mientras vuelas para que tu tiempo se mueva a la misma velocidad que el de ellos (o haz que el tuyo vaya más rápido, supongo)

Mi favorito personal es que haces un tubo relativista en el espacio, dentro del cual no se aplica la ley de Eistein (¿es eso 'hiperespacio'?). Luego vuelas por ese tubo a la velocidad de la luz. Sin embargo, para ir aún más rápido, puedes hacer un segundo tubo alrededor del primero. Vuelas por el interior del primer tubo y vuela por el interior del segundo tubo. Por lo tanto, en realidad estás viajando a 2x la velocidad de la luz, pero sin sentir ninguno de sus efectos. Sin embargo, todavía estoy descubriendo cómo construir una demostración funcional de esto ;-)

Si están utilizando un Alcubierre Drive para viajar cerca de la velocidad de la luz, pueden permanecer en el marco de referencia inercial de la Tierra durante todo el viaje. No los hace moverse a través del espacio per se. Simplemente deforma el espacio a su alrededor de forma muy parecida a como la energía oscura hace que las galaxias distantes se alejen de nosotros. De esta manera podrían permanecer en el presente todo el tiempo.

Pero, en teoría, los motores de Alcubierre también podrían usarse para ir más rápido que la luz. Y si se usaran para eso, nuestros viajeros espaciales podrían partir hacia Sirio, pasar 5 años allí y luego regresar a la Tierra solo unos minutos después de partir. O podrían regresar antes de irse. Pero algo me dice que el gobierno espacial haría que regresar antes de partir fuera altamente ilegal. No porque estén preocupados por el destino del universo, solo porque pensar en ello les duele la cabeza.

Puede contrarrestar la dilatación del tiempo por velocidad con la dilatación del tiempo gravitacional. Una gran masa gravitatoria podría producir suficiente dilatación del tiempo para contrarrestar los efectos de viajar cerca de la velocidad de la luz. A una velocidad cercana a la de la luz, la masa gravitatoria necesaria tendría que ser igual a la masa de un gran planeta o una estrella amontonada en un pequeño compartimento de la nave. Los pasajeros del barco podrían evitar los efectos mortales de la extrema gravedad acelerando el barco a un ritmo increíble en la dirección de la masa.

Los problemas son: cuanto más rápida sea la velocidad de la nave, más masa gravitatoria se requiere para contrarrestar la dilatación del tiempo de la velocidad. Cuanta más masa gravitatoria se utilice, más aceleración se requiere para contrarrestar la gravedad aplastante.