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Investigando a Einstein

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Investigando a Einstein

Midiendo la forma del espacio con extrema precisión, la nave espacial Gravity Probe B de la NASA se encamina a confirmar la teoría de la relatividad de Einstein... o quizás a proporcionar la primera evidencia en su contra.

NASA

Marzo 28, 2005: Este año marca el centenario de una revolución en nuestras ideas del espacio y el tiempo.

Antes de 1905, cuando Albert Einstein publicó su teoría de la relatividad especial, la mayoría de la gente creía que el espacio y el tiempo eran como Sir Isaac Newton lo había demostrado en el siglo 17: El espacio era estático, un "escenario" inmutable en donde el gran drama cósmico se desarrollaba, y el tiempo era el misterioso, universal "reloj en el cielo".

Aún hoy en día la gente generalmente asume que este intuitivo sentido del espacio y tiempo es correcto. Pero no lo es.

El artículo de Einstein de 1905, junto con otro que publicó en 1915, pintó un cuadro completamente diferente y alucinante. El espacio en sí está siendo retorcido y curvado continuamente por la materia y la energía moviéndose dentro de él, y el tiempo fluye a diferentes velocidades para distintos observadores. Numerosos experimentos en el mundo real a lo largo de los últimos 100 años, indican que, sorprendentemente, Einstein estaba en lo cierto.

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Arriba: El espacio estático de Newton frente al espacio dinámico de Einstein, de la película "Probando el Universo de Einstein (Testing Einstein's Universe)" de Norbert Bartel.

Pero ahora los científicos tienen razones para pensar que incluso la teoría de Einstein no nos ofrece una explicación completa; otra revolución parece inevitable.

El motivo de la duda se debe a que la teoría de Einstein es incompatible con la mecánica cuántica, otro pilar de la física moderna, que describe el extraño mundo de las partículas subatómicas. Cuando estas teorías se usan conjuntamente, las ecuaciones combinadas producen, a veces, una solución que no tiene sentido. Esto conduce a los científicos a creer que las teorías actuales serán eventualmente reemplazadas por una única y elegante teoría que explicará todos los fenómenos físicos desde lo subatómico hasta el cosmos; la llamada "Teoría Unificada de Campos".

¿Cúando resonará el primer disparo de salida para esta revolución de la física? Quizás si se prueba que Einstein, como Newton antes que él, estaba equivocado... o al menos no tan en lo cierto.

Para cazar imperfecciones en las teorías de Einstein, los científicos están creando ingeniosos experimentos que puedan medir las predicciones de la relatividad con la mayor precisión posible hasta la fecha. Uno de estos experimentos es la Gravity Probe B (GP-B o en español Sonda Gravedad B) de la NASA.

ver leyendaDerecha: La sonda Gravity Probe B orbitando alrededor de la Tierra: una impresión artística. [Más Información]

De acuerdo con Einstein, la Tierra provoca una curvatura en el espacio-tiempo alrededor de ella, algo parecido a una bola de boliche descansando sobre una lámina elástica. Puesto que la Tierra gira, esta curvatura se distorsiona hasta un vórtice poco profundo. La sonda Gravity Probe B está orbitando la Tierra, ahora mismo, buscando estas distorsiones.

GP-B detecta la distorsión del espacio-tiempo alrededor de nuestro planeta usando giroscopios. (Hay cuatro abordo de la nave espacial). Francis Everitt, investigador jefe del GP-B y profesor en la Universidad de Stanford, explica:

"Los giroscopios moviéndose a través del espacio-tiempo curvado cambiarán gradualmente su dirección de giro (es decir su inclinación) con respecto a las estrellas. GP-B medirá este movimiento de inclinación con una precisión extraordinaria y a partir de esa medida, podremos calcular la estructura del espacio-tiempo cerca de la Tierra".

Everitt realizó una presentación acerca de la sonda Gravity Probe B a principios de abril en la conferencia "La Física del Tercer Milenio: II" que tuvo lugar en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama. La conferencia forma parte del Año Mundial de la Física 2005, una serie de eventos patrocinados por las Naciones Unidas para conmemorar el centenario del revolucionario trabajo de Einstein y para crear una mayor conciencia en la población sobre estos importantes temas de la física moderna.

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Además de proporcionar un estado actualizado sobre GP-B (en resumen, hasta el momento, todo va bien), Everitt explicó como GP-B medirá gamma, una variable física muy importante usada por los científicos en su búsqueda más allá de la relatividad de Einstein. Hablando en términos generales, gamma corresponde a la curvatura del espacio tridimensional.

Si la teoría de Einstein encaja perfectamente con la realidad, el valor de gamma tiene que ser igual a uno. La medición de un valor de gamma incluso ligeramente diferente a uno, sería el "disparo de salida" que los físicos han estado esperando.

"Gamma es el modo más preciso de medir cualquier posible desviación de Einstein, debido a su sensibilidad [a cualquier tipo de campo desconocido]", dice Thibault Damour, profesor en el Instituto Superior de Estudios Científicos de Francia, y experto en teorías que podrían reemplazar a la relatividad.

En el experimento del GP-B, el valor de gamma contribuye a la ligera inclinación de los ejes de giro de los giroscopios, lo cual se espera que provoque un desplazamiento de unos 6,6 arcosegundos (0,00183 grados) durante el año de la fase de recolección de datos de la misión. Este desplazamiento debería permitir que los científicos midiesen gamma dentro de aproximadamente el 0,01% de su valor correcto y quizás tan cercano como el 0,001%, dice Everitt.

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Arriba: Einstein, todavía sigue acaparando los titulares. [Más Información]

Si el valor de gamma resulta ser ligeramente menor que uno, apoyaría la idea de que un nuevo campo de fuerza existe, semejante a la gravedad, pero mucho más débil. Los físicos lo llaman un "campo escalar". Este nuevo campo es una característica de posibles candidatos a Teorías Unificadas, incluyendo la Teoría de Cuerdas. La Teoría de Cuerdas es famosa debido a su elegancia al describir todos los fenómenos físicos conocidos, desde lo subatómico a lo cósmico. El problema es que en el mundo real es muy difícil probar la Teoría de Cuerdas y no existe evidencia experimental de que las raras predicciones de esta teoría hayan sido encontradas hasta ahora.

"Descubrir que gamma es ligeramente menor que uno, sustentaría la idea del campo escalar y además podría proporcionar parte del primer apoyo experimental a la Teoría de Cuerdas", dice Thibault.

Si gamma resulta ser ligeramente mayor que uno, sería sin embargo un "regreso a la escuela" para los teóricos. No existen teorías que puedan predecir un valor de gamma mayor que uno, y por consiguiente los físicos no tendrían ni idea de cómo explicar ese descubrimiento. "Digamos solamente que cada vez que pregunto a los teóricos que significaría el que gamma fuera mayor que uno, ellos cambian de tema", ríe Everitt, como buen científico experimental.

GP-B también podría descubrir, dentro de los límites de la precisión del experimento, que gamma es igual a uno, justo como Einstein predijo. ¿Qué significaría eso? Quizás la imperfección, si existe, es menor que lo que GP-B puede medir. O quizás el pistoletazo de salida resonará en otro lugar. Nadie lo sabe.

Gravity Probe B está a mitad de camino de su misión de un año de duración. Cien años hacia atrás, y seis meses hacia el futuro. Permanezcan sintonizados para conocer las respuestas.

Créditos y Contactos

Autores: Patrick L. Barry, Dr. Tony Phillips
Funcionario Responsable de NASA: John M. Horack
Editor de Producción: Dr. Tony Phillips
Curador: Bryan Walls


Relaciones con los Medios: Steve Roy Traducción al Español: Yolanda Pastor / Carlos Román
Editor en Español: Héctor Medina
El Directorio de Ciencias del Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA patrocina el Portal de Internet de Science@NASA que incluye a Ciencia@NASA. La misión de Ciencia@NASA es ayudar al público a entender cuán emocionantes son las investigaciones que se realizan en la NASA y colaborar con los científicos en su labor de difusión.