Por Carmen del Puerto - IAC

La utilidad de lo inútil. La Relatividad General

Negativo y positivo del eclipse de Sol de 1919
Negativo y positivo del eclipse de Sol de 1919, obtenido por Sir Arthur Eddington en la expedición para verificar si la luz procedente de las estrellas próximas a la corona solar era ligeramente desviada por el campo gravitatorio del Sol, de acuerdo con las predicciones de Einstein. Fuente: F. W. Dyson, A. S. Eddington, and C. Davidson, “A Determination of the Deflection of Light by the Sun’s Gravitational Field, from Observations Made at the Total Eclipse of May 29, 1919″ Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character (1920): 291-333, on 332.

29 de mayo de 1919: el Sol se eclipsa en Isla Príncipe, en el Golfo de Guinea, al noroeste de Gabón, muy cerca del Ecuador. Se confirma una de las más famosas predicciones de Albert Einstein, cuando la teoría de la Relatividad General aún no se intuye como herramienta práctica para la vida. Su uso en la navegación actual es un ejemplo más de la utilidad de la Astronomía que, en su conferencia sobre las aplicaciones de esta ciencia, destaca John Beckman, Profesor de Investigación, vinculado Ad Honorem al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), al Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y al Departamento de Astrofísica de la Universidad de La Laguna (ULL).

Continuación de la entrada “La utilidad de lo inútil. Al servicio de la navegación”, séptimo capítulo de la serie “LA UTILIDAD DE LO INÚTIL: Cuando un expresivo ‘oxímoron’ se añade a la Astronomía”.

“El primer logro de la Relatividad General –señala Beckman- fue predecir correctamente la magnitud de la velocidad de rotación de la línea de ápsides de la órbita de Mercurio alrededor del Sol, una magnitud que la teoría de Newton no predecía correctamente y ello había dado lugar a la hipótesis de la existencia de otro planeta (‘Vulcano’) cerca del Sol.”

La teoría de Einstein empezó a aceptarse después de otra de sus predicciones, la de la desviación de la luz por la gravedad, que fue confirmada en 1919 en la famosa expedición liderada por el astrónomo británico Sir Arthur Eddington para observar un eclipse solar desde Isla Príncipe, en la costa africana, muy cerca de la línea del Ecuador. “Tomando fotos durante el eclipse de estrellas con un rango de distancias angulares del Sol –explica Beckman- se podía medir el cambio aparente de las posiciones de las estrellas más cercanas del disco y compararlo con las predicciones cuantitativas de la teoría de Einstein”.

Los resultados del eclipse demostraron la teoría postulada en 1917 –a pesar de los errores de Eddington que hemos conocido después-, “pero durante más de medio siglo ni siquiera en el campo de la Astronomía había fenómenos donde los efectos predichos por la Relatividad General tenían amplitudes suficientes para detectarlos”, advierte Beckman. Para este astrofísico, aunque la teoría era muy elegante, parecía obvio que nunca iba tener ninguna aplicación práctica.

Otro efecto detectable, también en el campo de la Astronomía, es el de la gravedad de los cúmulos de galaxias sobre la luz de otras galaxias mucho más distantes, como se aprecia en imágenes obtenidas de estos objetos con el telescopio espacial Hubble mostradas por Beckman.

A la Relatividad General se vinculan igualmente otro tipo de objetos: los púlsares. Descubiertos en 1967 por Jocelyn Bell y Antony Hewish –aunque sólo este último recibió por ello el Premio Nobel de Física en 1974-, son estrellas muy compactas, formadas por los corazones de estrellas mayores que se comprimen durante las explosiones como supernovas. La implosión en la zona central da lugar a una estrella hiperdensa que gira en su eje muy rápidamente. “Un púlsar –describe Beckman- puede emitir radiación y, si está bien orientado, el haz cruza nuestra línea de visión en cada rotación, como la luz de un faro. Los pulsos son muy regulares y el intervalo entre ellos (que representa el periodo de una rotación del púlsar en su eje) puede ser tan corto como unos pocos milisegundos.” Y añade: “La regularidad se ha usado para comprobar, con una precisión asombrosa, que la Relatividad General de Einstein ofrece una mejor descripción de la gravedad que cualquier de sus rivales.”

En 1974, Joseph Taylor y Russell Hulse descubrieron un púlsar en órbita alrededor de otra estrella. “Se dieron cuenta –comenta Beckman- de que la constancia del intervalo intrínseco entre los pulsos les permitía medir los cambios debidos a la interacción entre las dos estrellas y, sobre todo, el ritmo de pérdida de velocidad de rotación del púlsar causada por los efectos de gravedad entre ambas. La curva que obtuvieron era la predicción exacta de la teoría de la Relatividad General. Los puntos están clavados a la curva, lo que muestra la bondad de la teoría. Hasta ahora, ninguna otra teoría ha conseguido una predicción tan precisa.” Hulse y Taylor obtuvieron en 1993 el Premio Nobel de Física por el descubrimiento de los púlsares binarios.

¿Porqué se usa la Relatividad General en la navegación actual? Para contestar a esta pregunta, John Beckman se detiene en cómo funcionan los sistemas de posicionamiento global que conocemos por sus siglas en inglés (GPS): “El sistema GPS de navegación consiste en 24 satélites en órbitas a 25.000 km de altura que emiten continuamente sus posiciones y señales de la hora de forma muy precisa (todos sincronizados). Un detector (en tu teléfono o en el GPS receptor de tu coche) procesa las señales de los tres satélites mas cercanos y, usando los tiempos de vuelo de las tres señales, puede calcular sus distancias. Así consigue determinar su posición en tres dimensiones (el único punto de intersección de tres esferas con radios iguales a las tres distancias). La precisión en la aplicación cotidiana es del orden de 1 metro, pero los militares pueden usar las señales para obtener una precisión de unos pocos centímetros.”

“Pero nada de eso sería posible –subraya Beckman- sin tener en cuenta las correcciones que implican los efectos de la Relatividad. Se trata de un aumento en el tiempo de vuelo debido a la velocidad del satélite en su órbita, calculable usando la Relatividad Especial, más una reducción en el tiempo debida al efecto de la gravedad, calculable solamente con la Relatividad General.”

2 comentarios en “La utilidad de lo inútil. La Relatividad General

  1. La gravedad es una fuerza de compresión que ejerce el universo “energía oscura “ sobre la materia.
    El universo creo que función del siguiente modo.

    Primero la energía oscura comprime los bosones y todas las partículas para formar átomos luego se formarían lo que llamaríamos cometas, protoplanetas, entonces llegaríamos a formar las estrellas, que serian primero pequeñas luego empezarían a comerse lo que tienen a su alrededor planetas y demás para ganar tamaño y llegaríamos a las galaxias que a su vez si no me equivoco trocearían la materia y vuelta a empezar. Con esto salen todos los números SOLO FALTA QUE ALGUN FISICO QUIERA GANARSE UN PREMIO NOBEL.

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