Historia

La ciencia da la razón a Einstein… otra vez

Las descabelladas predicciones de la relatividad acerca del comportamiento de la materia, el espacio y el tiempo han probado ser correctas durante 100 años consecutivos.

Por Michael Greshko

10 de febrero de 2016

Si se confirman los últimos rumores, un equipo de científicos habría detectado al fin las denominadas ondas gravitacionales: ondas de impacto que atraviesan el espacio y el tiempo.

Albert Einstein fue el primero en reconocer la existencia de las ondas gravitacionales hace 100 años. Observarlas directamente proporcionaría una justificación final a su obra maestra: la teoría de la relatividad general.

El pasado martes, averiguamos de nuevo que Einstein tenía razón. Los investigadores de Caltech y del MIT se reunirán en una conferencia de prensa en la que podrían anunciar que han captado el débil temblor de las ondas gravitacionales emitidas por dos agujeros negros en colisión.

Sin embargo, en el pasado, Einstein no siempre fue visto como el genio que es actualmente. Cuando propuso por primera vez sus descabelladas ideas acerca de la relatividad, algunos expertos protestaron escandalizados. Otros le difamaron en la prensa, censurando tanto sus peligrosas ideas como su identidad judía.

Sus estudios cayeron como una bomba, ya que cambiaban los fundamentos mismos de la física. El universo de Einstein no tomaba en serio las nociones de posición y velocidad, a excepción de la de la luz, que siempre se mueve por el vacío a 300 millones de metros por segundo. El espacio y el tiempo se revuelven y se mezclan en una especie de concentrado cuatridimensional conocido como espacio-tiempo, que puede ser estirado y deformado por la materia. Además, la materia en movimiento debe seguir las curvas del espacio-tiempo: una geometría escondida que experimentamos en forma de gravedad.

Suena a locura, pero durante los últimos 100 años varios experimentos han demostrado una y otra vez que Einstein tenía razón. Ha sido probado demasiadas veces como para enumerarlas aquí, pero incluso las demostraciones más destacadas son impresionantes.

LA LUZ: UNA ONDA Y UNA PARTÍCULA

La relatividad es la teoría más conocida de Einstein, pero su único Premio Nobel le fue concedido por su trabajo revolucionario sobre la luz. La física clásica sostenía que la luz era una onda, pero dicha teoría era incapaz de explicar cómo y por qué los metales emiten electrones cuando se iluminan, un fenómeno conocido como el efecto fotoeléctrico.

Einstein explicó este descabellado comportamiento proponiendo que la luz, en realidad, estaba compuesta por “paquetes” de ondas separados, los denominados fotones, cada uno de los cuales tenía una energía asociada a su frecuencia. El descubrimiento supuso el origen de la física cuántica actual, que también sostiene que los átomos corrientes pueden volverse ondulados de forma misteriosa, un descubrimiento al que Einstein contribuyó.

EL ESPACIO-TIEMPO PUEDE CURVARSE

La primera gran victoria de la teoría de la relatividad general de Einstein llegó con su explicación de un misterioso temblor en la órbita del planeta Mercurio. En 1859, el brillante astrónomo francés Urbain Le Verrier había atribuido dicho efecto a un planeta que todavía no se había observado, apodado Vulcano, que “tiraba” de Mercurio. Pero tras años de búsqueda, no se hallaron pruebas sólidas de la existencia de Vulcano.

Para un mayor entusiasmo de Einstein, su nueva teoría de la relatividad general derrotó por completo la teoría de Vulcano, demostrando que la masa del Sol se curva cerca del espacio-tiempo, como una bola de bolos estirando un trozo de tierra y deformándolo hasta obtener un trampolín estirado.Debido a la cercanía de Mercurio al Sol, su órbita tambaleante es el "camino más corto" a través del espacio-tiempo, curvado por la masa solar. No existía ningún planeta oculto: solo una geometría del universo que Newton no había concebido.

EL ESPACIO-TIEMPO PUEDE ACTUAR COMO UNA LENTE

En mayo de 1919 se demostró de nuevo que Einstein tenía razón durante un eclipse solar total. Según la relatividad, el espacio-tiempo curvado por la masa del Sol doblaría la luz estelar entrante del mismo modo que una lente.

El astrónomo británico Arthur Eddington tomó enormes fotografías del eclipse y descubrió que el Sol parecía extender el cúmulo estelar de las Híades, “doblando” apenas dos milésimas de grado la luz de cada estrella, acorde con la predicción de Einstein, que proponía dos veces la curvatura predicha por la física newtoniana.

Ni siquiera el propio Einstein pudo anticipar la utilidad este fenómeno para los astrónomos: utilizando las propias galaxias como lentes gigantes, los astrónomos pueden “echar un vistazo” atrás en el tiempo, hasta los primeros años del universo. Cuando los astrónomos ven un fenómeno de lente provocado por una masa aparentemente invisible, las distorsiones les permiten elaborar mapas de gigantescos campos de materia oscura.

LAS MASAS EN ROTACIÓN REVUELVEN EL ESPACIO-TIEMPO

La materia no solo deforma el espacio-tiempo con el efecto de la bola de bolos, sino que las masas en rotación como la Tierra también arrastran sutilmente el espacio-tiempo alrededor de sí mismas como si fueran cucharas girando en una masa. Esto afecta a las órbitas de los satélites más próximos, un extraño efecto denominado “arrastre de marco” (o efecto Lense-Thirring).

Aunque se predijo en 1918 utilizando la relatividad general, el arrastre de marco no se confirmó hasta 2004, cuando un equipo de investigadores descubrió que la rotación terrestre modificaba ligeramente las órbitas de dos satélites. En 2011, el satélite artificial Gravity Probe B de la NASA confirmó el hallazgo, aportando mejores pruebas numéricas.

LA GRAVEDAD RALENTIZA EL TIEMPO

Las ecuaciones de Einstein también dotaban a la materia de la capacidad de acelerar o ralentizar el tiempo y cambiar el color de la luz.

Podemos observar que esta extraña predicción es correcta porque, desde la perspectiva de la Tierra, la luz de las estrellas distantes adquiere frecuencias más altas –o parece más azul– de las que tendría para un observador en el espacio profundo. Y cuanto más nos alejamos del pozo gravitacional terrestre, más bajas son las frecuencias de la luz emitida desde la Tierra, un fenómeno denominado “desplazamiento hacia el rojo” (redshift en inglés).

Es algo sutil, pero ignoremos la relatividad por cuenta y riesgo de nuestros smartphones: sin correcciones relativistas, los relojes de los satélites GPS irían 38 microsegundos más rápido cada día en comparación con aquellos de la superficie terrestre, arruinando tras dos minutos la precisión del sistema entero y añadiendo en adelante 10 kilómetros de error cada día.

Corrección:una versión más reciente de esta historia afirmó de forma incorrecta que la velocidad de la luz en el vacío es de 3 millones de metros por segundo. Es de 300 millones de metros por segundo.

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