sábado, 12 de septiembre de 2026

Legado de Newton, como soporte para la física moderna

Legado de Newton, como soporte para la física moderna  

Por: Gonzalo Duque-Escobar*
Portada: Descomposición de la luz mediante prisma. Fuente: Jaouad Maha.
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Isaac Newton asentó las bases de la física clásica, las matemáticas modernas y la óptica en su obra cumbre, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687). Este científico nacido en una familia campesina, de carácter reservado y profundamente religioso, que también dedicó décadas a la alquimia y la teología, estudió en la Universidad de Cambridge, donde floreció su genio científico, y luego de haber elegido presidente de la Royal Society, ejerció como director de la Casa de Moneda de Inglaterra.

Para Isaac Newton, el espacio y el tiempo eran absolutos, independientes e inmutables. En su concepción, mientras el tiempo absoluto fluye de manera uniforme en todo el universo, sin importar lo que ocurra en el exterior ni quién lo mida, el espacio absoluto es como un escenario físico gigante y vacío que siempre permanece fijo, inmóvil y ajeno a los objetos que contiene.

Veamos por separado el aporte del brillante científico inglés que revolucionó nuestra comprensión del universo.

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1- Ley de Gravitación Universal: Formuló que la atracción entre dos cuerpos depende de sus masas y la distancia que los separa unificando la mecánica terrestre con el movimiento planetario.

Esta ley formulada por Sir Isaac Newton en 1687, establece que toda partícula de materia en el universo atrae a cualquier otra partícula con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Matemáticamente se expresa como: 

F = G m_1 m_2/ r^2, 

donde F es la fuerza gravitacional, m_1 y m_2 son las masas de los cuerpos, r es la distancia entre sus centros de masa, y G es la constante de gravitación universal (6.674 x 10^-11  N m^2 /2 kg^2).

Puntos clave del concepto:

  • Atracción universal: No solo aplica a planetas o estrellas; cualquier objeto con masa ejerce y experimenta esta atracción, desde una manzana hasta una galaxia.

  • Efecto de la distancia: La fuerza disminuye rápidamente al aumentar la distancia. Si la distancia entre dos cuerpos se duplica, la atracción gravitacional se reduce a la cuarta parte.

  • Alcance e intensidad: Es una fuerza de alcance infinito, aunque es la más débil de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Solo se vuelve evidente cuando al menos uno de los cuerpos tiene una masa gigantesca, como la Tierra.

Importancia histórica y científica:

El avance revolucionario de Newton fue unificar la física terrestre con la celeste. Demostró que la misma fuerza que hace caer una manzana de un árbol es la que mantiene a la Luna en órbita alrededor de la Tierra y a los planetas girando entorno al Sol. Este hallazgo permitió explicar las mareas oceánicas, la esfericidad de los planetas y predecir órbitas celestes con precisión matemática, sentando las bases de la mecánica clásica por más de dos siglos.

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2- Las Tres Leyes del Movimiento:

    • Primera Ley: Ley de la Inercia.  Todo cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza neta externa actúe sobre él. La inercia es la resistencia que ofrece la materia a modificar su estado de movimiento. Ejemplo: Los pasajeros de un vehículo se desplazan hacia adelante cuando el conductor frena bruscamente, debido a la tendencia de su masa a mantener la velocidad previa.

    • Segunda Ley: Ley Fundamental de la Dinámica o de Fuerza y Aceleración. (F = mxa). La aceleración que adquiere un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada e inversamente proporcional a su masa. Define cuantitativamente la fuerza y establece el cambio en la cantidad de movimiento respecto al tiempo. Efecto: A mayor masa del objeto, se requiere una fuerza superior para lograr la misma aceleración.

    • Tercera Ley: Principio de Acción y Reacción. Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B (acción), el cuerpo B ejerce simultáneamente una fuerza de igual magnitud y sentido opuesto sobre el cuerpo A (reacción). Aplicación: Los cohetes espaciales expulsan gases a alta presión hacia abajo (acción), lo que impulsa la nave hacia arriba (reacción).

La trascendencia Científica de estas tres leyes que transformaron la comprensión del universo físico al unificar los fenómenos cotidianos con los astronómicos radica en que permitieron calcular trayectorias balísticas, diseñar maquinaria e infraestructuras, y comprender las fuerzas dinámicas que rigen el cosmos, vigentes hoy en la mayoría de aplicaciones de la ingeniería.

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3- El cálculo infinitesimal, desarrollado de forma independiente por Isaac Newton y Gottfried Wilhelm Leibniz en el siglo XVII, es la rama de las matemáticas que estudia el cambio continuo y la acumulación. A diferencia de la álgebra y la geometría elementales, que analizan situaciones estáticas o promedios globales, el cálculo permite examinar cómo varían las cantidades en instantes o porciones infinitamente pequeñas (infinitésimos). Se divide principalmente en dos áreas complementarias unidas por el Teorema Fundamental del Cálculo:

  • Cálculo Diferencial, que Analiza la tasa de cambio instantánea. ycuya herramienta principal es la derivada, que geométricamente representa la pendiente de la recta tangente a una curva en un punto específico.

  • Cálculo Integral, herramienta que suma infinitas cantidades infinitamente pequeñas para calcular áreas, volúmenes, longitudes o acumulaciones totales bajo una curva.

El cálculo es el lenguaje matemático fundamental de la ciencia, la ingeniería y la economía moderna. Sus aplicaciones principales incluyen:

  • Física y Mecánica: Determinar la velocidad y aceleración instantánea de un objeto, calcular órbitas planetarias o modelar campos electromagnéticos.

  • Ingeniería: Diseñar estructuras estables analizando la distribución de cargas, modelar el flujo de fluidos, optimizar circuitos eléctricos y predecir la resistencia de materiales.

  • Modelado Natural y Tecnológico: Estudiar el ritmo de crecimiento de poblaciones biológicas, la propagación de epidemias, la transferencia de calor y el comportamiento de redes de transporte.

  • Economía y Finanzas: Encontrar el punto de máximo beneficio o mínimo costo para una empresa mediante la optimización de funciones marginales.

En definitiva, sirve para comprender, predecir y optimizar cualquier sistema real cuya dinámica dependa del tiempo, del espacio o de variables en constante evolución.

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4- Óptica y Naturaleza de la Luz: Demostró con prismas que la luz blanca es una mezcla heterogénea de todos los colores del espectro visible. Inventó además el telescopio de reflexión (telescopio newtoniano), que utiliza espejos en lugar de lentes para evitar la aberración cromática.

Respecto a la Descomposición del color y el espectro, en contra de la creencia de su época, que sostenía que el vidrio coloreaba la luz blanca pura, Newton demostró con prismas que la luz blanca es heterogénea: una mezcla heterogénea de todos los colores del espectro visible.

Con el experimento del prisma, en el que hizo pasar un rayo de luz solar a través de un prisma de vidrio, refractándolo dividió el rayo luminoso en los colores del arcoíris. Dicho experimento fue crucial, ya que para probar que los colores son componentes primarios e inalterables de la luz, primero hizo pasar un único color monocromático por un segundo prisma sin que sufriera más cambios, y posteriormente reunió el espectro completo usando una lente para recomponer la luz blanca, 

Sobre la Teoría Corpuscular de la Luz, Newton propuso que ella está formada por corpúsculos (partículas ligerísimas) emitidos a gran velocidad por fuentes luminosas. Esta hipótesis explicaba de manera intuitiva la propagación rectilínea de la luz y la formación de sombras nítidas. y sobre refracción y reflexión, explicó la reflexión como el rebote de partículas contra superficies, y la refracción como la atracción ejercida por un medio más denso sobre dichos corpúsculos, alterando su velocidad.

Añadase la innovación en la astronomía, ya que al inventar en 1668 el telescopio reflector, utilizando un espejo cóncavo en lugar de lentes, pudo corregir la aberración cromática (la distorsión de color inevitable en las lentes de vidrio de los telescopios refractores), gracias a esta innovación que cambió drásticamente el diseño de los grandes observatorios astronómicos hasta la actualidad.

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5- Mecánica de Fluidos y Termodinámica: Estableció la Ley de Enfriamiento de Newton (que describe cómo los cuerpos pierden calor en un entorno) y formalizó el comportamiento de los fluidos viscosos (fluidos newtonianos).

Isaac Newton realizó contribuciones fundamentales en la mecánica de fluidos y la termodinámica, sentando las bases cuantitativas para el estudio del transporte de cantidad de movimiento y de energía térmica.

En los Principia (1687), Newton definió por primera vez la resistencia interna de un fluido en movimiento. Postuló que el esfuerzo cortante ejercido entre capas adyacentes de un fluido es directamente proporcional al gradiente de velocidad perpendicular al flujo (dv/dy):

T = u (dv/dy)

Allí, T es el esfuerzo cortante y u representa la viscosidad dinámica.

  • Fluidos Newtonianos: Aquellos que mantienen una viscosidad constante ante cambios en la tasa de deformación (como el agua o el aire).

  • Mecánica continua: Esta formulación permitió clasificar el comportamiento de los fluidos y dio origen a las ecuaciones modernas de la hidrodinámica.

Con la Ley de Enfriamiento de Newton (Termodinámica) de1701, formuló de manera explícita el principio que rige la transferencia de calor por convección entre un cuerpo y su entorno. Estableció que la tasa de pérdida de calor de un cuerpo es proporcional a la diferencia de temperatura entre su superficie (T) y el medio ambiente (Tenv):

  • Comportamiento exponencial: La resolución de esta ecuación diferencial demuestra que la temperatura de un cuerpo decrece de forma exponencial con el tiempo hasta alcanzar el equilibrio térmico.

La Trascendencia e Impacto de ambos aportes es que resultaron decisivos para el desarrollo de la ingeniería moderna: la ley de viscosidad es esencial para el diseño de tuberías, aerodinámica y bombeo de fluidos, mientras que la ley de enfriamiento es fundamental en la climatización, la metalurgia y la caracterización de intercambiadores de calor.

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* Profesor de la Universidad Nacional de Colombia, Ingeniero Civil con estudios de posgrado en Geotecnia, Geofísica y Economía. Web: https://sites.google.com/unal.edu.co/godues1

Documento del Observatorio Astronómico de Manizales- OAM, adscrito a la U.N. de Colombia. Manizales, junio 15 de 2023. Act. 2026.

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    Fuentes Bibliográficas: 








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    El tiempo y sus dimensiones en la ciencia


    El tiempo y sus dimensiones en la ciencia

    Por: Gonzalo Duque-Escobar*

     El Tiempo desde sus dimensiones física, filosófica y cosmológica más profundas, las cinco preguntas más fundamentales son:

    ¿Qué es el tiempo y existe de manera objetiva?; ¿Por qué el tiempo tiene una dirección (la flecha del tiempo)?; ¿Existe el pasado y el futuro, o solo el presente?; ¿Cuál es la unidad mínima indivisible del tiempo?; y ¿Tuvo el tiempo un origen y tendrá un final?

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    1- Desde una perspectiva física, ¿qué es el Tiempo?:

    El dilema: La física se debate entre si el tiempo es una propiedad real del universo o una ilusión emergente derivada de nuestras percepciones y del entrelazamiento cuántico. El contraste: Mientras la mecánica clásica lo consideraba un contenedor absoluto, la relatividad general de Einstein demostró que es dinámico y maleable, y la gravedad cuántica sugiere que a nivel fundamental podría no existir.

    Desde la perspectiva de la física moderna, el tiempo no es una sustancia invisible que fluye ni un reloj cósmico de fondo. El tiempo es una dimensión física que mide la tasa de cambio y la separación entre acontecimientos dentro del entramado del universo.

    A lo largo de la historia de la física, la comprensión de esta dimensión ha atravesado tres grandes transformaciones:

    El tiempo absoluto (Física Clásica)

    Para Isaac Newton, el tiempo era un escenario rígido y universal. Fluía de manera uniforme, constante e independiente de la materia o de quien lo observara. En este marco, el "ahora" era el mismo en cualquier rincón del cosmos.

    El espacio-tiempo flexible (Relatividad)

    Albert Einstein revolucionó esta visión al demostrar que el tiempo no es absoluto, sino relativo y maleable.

    • El tejido del espacio-tiempo: El tiempo se entrelaza con las tres dimensiones espaciales para formar un continuo de cuatro dimensiones.

    • Dilatación temporal: La velocidad a la que transcurre el tiempo depende de la velocidad del observador y de la intensidad del campo gravitatorio. Un reloj se desplaza más lento cuanto más rápido se mueve o cuanto más cerca está de una masa masiva (como un agujero negro o la Tierra).

    Así, el tiempo físico es dinámico: se estira, se comprime y se curva junto con el espacio en presencia de materia y energía.

    La dirección del cambio (Termodinámica)

    Aunque las ecuaciones fundamentales de la relatividad y la mecánica cuántica funcionan exactamente igual hacia adelante que hacia atrás en el tiempo, en el mundo macroscópico existe una flecha del tiempo.

    Físicamente, esta orientación está regida por la segunda ley de la termodinámica, la cual establece que la entropía (el grado de desorden o la cantidad de estados microscópicos posibles) de un sistema aislado siempre aumenta. El tiempo "fluye" en la dirección en la que la entropía crece: el cristal que se rompe no se vuelve a unir espontáneamente porque el estado desordenado es abrumadoramente más probable.

    Concepto ClaveDescripción Física
    Tiempo de PlanckLa escala más pequeña medible ($\approx 5.39 \times 10^{-44}$ s), donde el tiempo clásico deja de tener sentido.
    Tiempo EmergenteEn gravedad cuántica, el tiempo podría no ser fundamental, sino una propiedad que emerge a escalas macroscópicas.
    Simetría TemporalA nivel subatómico, las partículas no distinguen entre el pasado y el futuro.

    En última instancia, para la física contemporánea el tiempo es el marco matemático y geométrico mediante el cual relacionamos causalmente los estados de la materia. Es la dimensión que evita que todas las interacciones físicas ocurran de manera simultánea.

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    2- ¿Por qué el tiempo tiene una dirección o flecha?

    El dilema: Las leyes fundamentales de la física (Mecánica Cuántica, Relatividad) son simétricas respecto al tiempo; funcionan igual hacia adelante que hacia atrás.

    El contraste: En la experiencia macroscópica, el tiempo solo fluye del pasado al futuro. La explicación predominante está vinculada a la segunda ley de la termodinámica (el aumento constante de la entropía o desorden), pero sigue sin esclarecerse por qué el universo comenzó en un estado de tan baja entropía.

    La dirección o flecha del tiempo es una metáfora conceptual formulada en 1827 por el astrónomo británico Arthur Eddington para describir la asimetría fundamental del universo entre el pasado, el presente y el futuro. A diferencia del espacio, donde podemos movernos libremente en cualquier dirección, el tiempo avanza de manera irrestricta en un solo sentido. Aunque las leyes fundamentales de la física clásica y la mecánica cuántica son casi en su totalidad simétricas respecto al tiempo —funcionan exactamente igual si la variable temporal corriese hacia adelante o hacia atrás—, la experiencia macroscópica nos muestra un mundo estrictamente irreversible: una taza que cae y se rompe jamás se reensambla espontáneamente de las esquinas del suelo hacia la mesa.

    Para explicar esta aparente paradoja, la ciencia recurre principalmente a la entropía y la Segunda Ley de la Termodinámica, que constituye la flecha del tiempo más destacada:

    • Flecha Termodinámica: Establece que en un sistema aislado, el grado de desorden o entropía siempre tiende a aumentar con el tiempo. El tiempo avanza en la dirección en la que la energía se dispersa y el universo evoluciona de un estado de bajo desorden a uno de mayor probabilidad estadística.

    • Flecha Cosmológica: Señala la dirección en la que el universo se expande. La teoría del Big Bang sugiere que el cosmos comenzó en un estado de bajísima entropía y alta densidad, expandiéndose continuamente hacia un estado de mayor volumen y entropía acumulada.

    • Flecha Psicológica: Define la experiencia humana del tiempo. Guardamos recuerdos del pasado pero no del futuro, precisamente porque la consolidación de la memoria en nuestro cerebro es un proceso termodinámico irreversible que consume energía y genera entropía.

    • Flecha de la Radiación (Electromagnética): Muestra que las ondas (como la luz o el sonido) se expanden hacia afuera desde una fuente emisora, y no convergen de manera inversa sobre la fuente.

    • Flecha Cuántica: Se relaciona con el colapso de la función de onda durante una medición, pasando de un abanico de probabilidades a un resultado concreto e irreversible.

    La flecha del tiempo no es una propiedad estática del hilo temporal en sí, sino una propiedad emergente del comportamiento de la materia y la energía a gran escala. Todo el flujo temporal que experimentamos descansa sobre el Past Hypothesis (la hipótesis del pasado), que postula que las condiciones iniciales del cosmos eran extraordinariamente ordenadas. El avance incesante hacia el futuro no es más que la marcha del universo hacia su equilibrio térmico final.

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    3- ¿Existe el pasado y el futuro, o solo el presente?

    El dilema: La postura filosófica del presentismo sostiene que solo existe el "ahora". Sin embargo, la teoría de la relatividad respalda el eternismo (o universo bloque), donde pasado, presente y futuro existen simultáneamente en un entramado de espacio-tiempo de cuatro dimensiones. El contraste: Si el universo bloque es correcto, la división entre el pasado que ya fue y el futuro que no ha ocurrido es solo una construcción de la conciencia humana.

    El dilema de la naturaleza del pasado, el presente y el futuro —si existen simultáneamente o si solo el instante actual es real— ha sido una de las encrucijadas más profundas en la intersección entre la filosofía y la física theoretical. Para resolver esta paradoja, la ciencia moderna y la metafísica han propuesto diversas interpretaciones, siendo la teoría de la relatividad de Albert Einstein y las corrientes ontológicas del tiempo los pilares fundamentales de la solución.

    El dilema se articula históricamente entre dos posturas filosóficas contrapuestas:

    • Presentismo: Sostiene que solo el presente es real. El pasado es una colección de estados que ya no existen (existieron pero se desvanecieron) y el futuro es un conjunto de posibilidades aún no materializadas. En este esquema, el tiempo fluye de manera absoluta y el "ahora" es un instante privilegiado en todo el cosmos.

    • Eternismo: Defiende que el pasado, el presente y el futuro existen de la misma manera, con el mismo grado de realidad ontológica. Así como la ciudad de Roma existe aunque no nos encontremos físicamente en ella, el año 1969 y el año 2100 existen en coordenadas temporales distintas.

    La física moderna resuelve esta discrepancia inclinándose decididamente hacia el Eternismo a través del concepto de Espacio-Tiempo de Minkowski y la Teoría de la Relatividad Especial.

    En la física clásica newtoniana, existía un "tiempo absoluto" universal: todos los observadores en el universo compartían el mismo reloj y el mismo "ahora". Sin embargo, Einstein demostró que la simultaneidad es relativa. Dos acontecimientos que ocurren al mismo tiempo para un observador pueden suceder en momentos distintos para otro que se mueva a una velocidad diferente. Dado que no existe un "ahora" universal que sea válido para todos los observadores en el cosmos, es imposible trazar una línea objetiva que divida al universo entero entre "pasado", "presente" y "futuro".

    Esta conclusión nos lleva directamente al concepto del Universo en Bloque (Block Universe). Bajo esta visión, el universo es una estructura cuadridimensional (tres dimensiones espaciales y una temporal) donde todos los momentos —nacimientos, imperios, descubrimientos y sucesos futuros— están "grabados" permanentemente en el tejido cósmico. No hay un "ahora" en movimiento ni un río temporal que fluya; el tiempo no "pasa", sino que nosotros nos desplazamos a lo largo de nuestra línea de universo (worldline).

    ¿Cómo se concilia entonces la firme percepción humana de que el tiempo transcurre? La respuesta radica en la emergencia psicológica y estadística. El "presente" no es una propiedad fundamental de la realidad física, sino una experiencia subjetiva del observador consciente. Nuestro cerebro, condicionado por la entropía termodinámica y el procesamiento neurobiológico de la información, construye una ilusión de flujo continuo. El pasado está codificado en la memoria cerebral como una baja entropía previa, y el futuro se percibe abierto debido al aumento incesante del desorden cósmico.

    En última instancia, el dilema se resuelve entendiendo que el pasado no desaparece y el futuro no aguarda en el vacío: ambos son dimensiones tan reales como la longitud o la profundidad, unidos de forma indisoluble en el bloque estático del espacio-tiempo.

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    4- ¿Cuál es la unidad mínima indivisible del tiempo?

    El contraste: La física teórica postula el Tiempo de Planck (approx 5.39 X 10^-44 segundos) como el intervalo más corto teóricamente medible, por debajo del cual las leyes actuales de la física pierden validez. El dilema: No se sabe si el tiempo es un continuo fluido o si está dividido en "paquetes" discretos (cuantizado).

    En la frontera de la física teórica, donde la relatividad general de Einstein busca unificarse con la mecánica cuántica, los conceptos tradicionales de espacio y tiempo continuos se desmoronan. A escalas infinitesimales, el tejido del universo pierde su apariencia suave y se vuelve discreto o "pixelado". Los límites fundamentales de esta trama espacio-temporal están definidos por el Tiempo de Planck y la Longitud de Planck, bautizados en honor al físico alemán Max Planck, padre de la teoría cuántica.

    La Longitud de Planck ($\ell_P$), con un valor aproximado de 1.616 X 10^-35 metros, representa la escala de longitud mínima en la que la física conocida mantiene su validez. Para dimensionar esta pequeñez: si un átomo tuviera el tamaño del universo observable, la longitud de Planck sería equivalente a la altura de un árbol en la Tierra. A esta escala, intentar medir una distancia más corta requeriría concentrar tanta energía en un volumen tan reducido que las fluctuaciones cuánticas colapsarían el espacio en un microagujero negro, destruyendo la propia información de la medida. En las teorías cuánticas de la gravedad, como la Gravedad Cuántica de Bucles, la longitud de Planck sugiere que el espacio no es un fondo infinitamente divisible, sino que está compuesto por "cuantos" o bloques de construcción indivisibles de volumen espacial.

    Por su parte, el Tiempo de Planck, es el intervalo temporal más pequeño con significado físico. Se define como el tiempo que tarda un fotón viajando a la velocidad de la luz en recorrer la longitud de Planck en el vacío. En el marco de la física actual, no existe un "intervalo de tiempo" menor: cualquier fenómeno que ocurra en un lapso inferior al tiempo de Planck es conceptualmente inaccesible e indefinible para nuestras leyes físicas, actuando como el "fotograma" fundamental del movimiento en el cosmos.

    Estas constantes naturales surgen de la combinación de tres pilares fundamentales de la naturaleza: la constante de gravitación de Newton (G), la velocidad de la luz (c) y la constante reducida de Planck (h). Al unirse en las ecuaciones dimensionales:

    • lP = Raiz de hG/c^3

    • tP = Raiz de hG/c^5

    Ambas unidades marcan el umbral donde los efectos cuánticos y la curvatura gravitacional se vuelven idénticamente intensos.

    El Tiempo de Planck tiene además un papel histórico primordial en la cosmología: define la llamada Era de Planck, el primer instante del universo inmediatamente posterior al Big Bang (desde t = 0 hasta t = 5.39 X 10^-44 segundos). Durante ese intervalo, la temperatura y la densidad del universo eran tan extremas que las cuatro fuerzas fundamentales (gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil) permanecían unificadas en una sola "superfuerza". La comprensión de lo que ocurrió durante esa fracción de segundo requiere una teoría aún no consolidada de la gravedad cuántica.

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    5- ¿Tuvo el tiempo un origen y tendrá un final?

    El dilema: La teoría del Big Bang sugiere que el tiempo emergió junto con el espacio hace aproximadamente 13.800 millones de años, lo que implicaría que no existe un "antes" del Big Bang. El contraste: Modelos cosmológicos alternativos, como el universo cíclico o la cosmología cuántica, proponen que el Big Bang fue solo una transición y que el tiempo podría ser infinito tanto hacia el pasado como hacia el futuro (hasta la muerte térmica del universo).

    En resumen, la longitud y el tiempo de Planck no son meros límites operacionales de los instrumentos humanos, sino límites estructurales del universo: las unidades absolutas que constituyen la red más íntima de la realidad.

    El origen y el final del tiempo constituyen dos de las fronteras más fascinantes de la cosmología moderna. En el marco de la relatividad general y la física de partículas, el tiempo no es un escenario pasivo e infinito donde transcurren los eventos, sino una dimensión física indisolublemente ligada al espacio y a la materia que tuvo un inicio bien definido y que enfrentará un destino determinado por la geometría y la energía del universo.

    El origen del tiempo: El Big Bang y la singularidad inicial

    Según la cosmología estándar, el tiempo nació hace aproximadamente 13.800 millones de años con el Big Bang. En la física clásica de Einstein, al rastrear la expansión del universo hacia el pasado, la materia y la energía se concentran en un punto de densidad e infinita curvatura espacio-temporal denominado singularidad inicial. En este estado, el tiempo mismo comienza; no tiene sentido físico preguntar qué ocurrió "antes" del Big Bang, de la misma forma que no tiene sentido buscar una dirección al "norte del Polo Norte".

    Sin embargo, al considerar los efectos cuánticos, la noción de una singularidad matemática absoluta cambia:

    • Era de Planck: Antes del primer intervalo de $10^{-44}$ segundos (el tiempo de Planck), las leyes conocidas de la física dejan de aplicarse. Es probable que en ese régimen el tiempo perdiera su naturaleza continua para convertirse en una estructura cuántica "espumosa" o discreta.

    • Propuesta de Sin Fronteras: Modelos teóricos como el de Stephen Hawking y James Hartle sugieren que en el inicio cuántico, la dimensión temporal se comportaba como una cuarta dimensión espacial, eliminando la necesidad de un punto de origen abrupto.

    El final del tiempo: Los posibles destinos del cosmos

    El destino final del tiempo depende de la densidad de masa-energía del universo y del comportamiento de la energía oscura, el componente misterioso que acelera la expansión cósmica:

    La Muerte Térmica o Big Freeze (Gran Congelación): Es el escenario más aceptado por las observaciones actuales. A medida que el universo continúa expandiéndose indefinidamente, la entropía alcanzará su punto máximo (el estado de equilibrio o Muerte Térmica). En este estado, las estrellas se apagarán, los agujeros negros se evaporarán por radiación de Hawking y no habrá gradientes de energía útiles para realizar trabajo ni para marcar procesos irreversibles. Al desaparecer los eventos y la flecha termodinámica, el tiempo perderá todo significado operativo y físico.

    El Big Rip (Gran Desgarro): Si la energía oscura aumenta su densidad con el tiempo (energía fantasma), la expansión se acelerará descontroladamente hasta desintegrar galaxias, sistemas solares, átomos y el propio tejido del espacio-tiempo en una singularidad futura finita, poniendo un fin abrupto al tiempo.

    El Big Crunch (Gran Colapso): Si la gravedad superase la expansión, el universo revertiría su movimiento y colapsaría sobre sí mismo, contrayéndose hasta una singularidad final donde el tiempo terminaría de manera simétrica a su origen.

    En conclusión, según la cosmología moderna, el tiempo es una propiedad emergente del cosmos: emergió de un estado cuántico primitivo de bajísima entropía y se desvanecerá cuando la entropía alcance su máximo absoluto o cuando la estructura del espacio-tiempo sea desgarrada.

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    * Profesor de la Universidad Nacional de Colombia, Ingeniero Civil con estudios de posgrado en Geotecnia, Geofísica y Economía. Web: https://sites.google.com/unal.edu.co/godues1 

    Documento del Observatorio Astronómico de Manizales- OAM, adscrito a la U.N. de Colombia. Manizales, septiembre 12 de 2026.

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