Desafiando a Einstein

El éxito apabullante de la Teoría de la Gravitación Universal de Isaac Newton explicando el movimiento de los cuerpos en la Tierra y en nuestro Sistema Solar implicó que la teoría no fuera cuestionada durante unos 300 años.

Poco a poco los astrónomos se dieron cuenta de que ciertas desviaciones de Mercurio con respecto a la trayectoria predicha no se podían entender utilizando la teoría de Newton.

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¿Einstein tenía razón? ¿Su teoría tiene la última palabra en nuestra comprensión de la fuerza más fundamental de la naturaleza? Crédito de la imagen: Michael Kramer.

Fue necesaria la genialidad de Albert Einstein para remplazar la idea tradicional de interacción gravitatoria entre dos cuerpos prediciendo los efectos del espacio-tiempo curvo. Súbitamente, la órbita de Mercurio pudo ser explicada, y la predicción simultánea de Einstein que afirmaba que el Sol era capaz de deflectar la luz de una estrella, fue confirmada espectacularmente durante el eclipse solar de 1919 por el notable científico inglés Arthur Eddington. Desde entonces, los científicos han ideado nuevos experimentos más precisos para probar la Teoría de la Relatividad General de Einstein, tal y como él llamo a su teoría gravitatoria. Hasta ahora, la relatividad general ha superado todas esas pruebas sin ninguna discrepancia con respecto a las predicciones teóricas.

La mecánica cuántica, desarrollada al mismo tiempo que la relatividad general de Einstein, describe satisfactoriamente la naturaleza a nivel subatómico. Se ha propuesto una gran teoría que implicará la unificación de la relatividad general con la mecánica cuántica.

La relatividad general ‘clásica’, que es la teoría desarrollada por Einstein en 1915, es una teoría donde los campos gravitatorios son entidades contínuas en la naturaleza. Éstos también representan las propiedades geométricas de un espacio-tiempo tetradimensional. En la mecánica cuántica, los campos son discontinuos y se definen por ‘cuantos’. De este modo, no hay ningún análogo en la mecánica cuántica convencional para el campo gravitatorio aunque, tras un trabajo considerable entre los años 60 y 80, las otras tres fuerzas fundamentales hayan sido descritas actualmente como ‘campos cuánticos’ . La mecánica cuántica es incompatible con la relatividad general porque en la teoría cuántica de campos las fuerzas actúan localmente a partir del intercambio de cuantos bien definidos.

Pese a que la combinación de estos dos grandes campos científicos está potencialmente algo lejos, se puede esperar que la teoría de la gravedad cuántica pueda producir alguna predicción ligeramente distinta de las de la relatividad general. Pero ¿cómo se pueden medir tales diferencias? ¿Cómo se podría probar- si ese fuera el caso- que la relatividad general se equivoca?

Hay que asumir que hasta ahora no se han investigado campos gravitatorios lo suficientemente fuertes como para mostrar variaciones con respecto a las predicciones de la relatividad general. Las pruebas en el Sistema Solar se hacen bajo condiciones de campo débil. Los test de campo intenso de gravedad que se harán utilizando los púlsares y el SKA proporcionarán algunos de los test más rigurosos nunca hechos.

Dado que el SKA es un radiotelescopio, ¿cómo será capaz de detectar la gravedad?

El SKA será capaz de medir indirectamente los efectos de la gravedad en diversos objetos del Universo. Objetos como los púlsares, los remanentes de explosiones de supernova, que giran rápidamente, y sus familiares más exóticos, los agujeros negros, que son los objetos más densos del Universo, ejercen inmensos efectos gravitatorios en los objetos cercanos, pero también, a través de la radiación electromagnética que estos expulsan en el caso de los púlsares y que puede ser detectada por radiotelescopios como el SKA.

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Ondas Gravitacionales – La clave para desbloquear un gran misterio científico.

Estos haces de radiación electromagnética actúan como un faro, y mientras que los púlsares giran a velocidades increíblemente altas en algunas ocasiones, los radiotelescopios son capaces de detectar estos pulsos y ‘cronometrarlos’ de manera muy precisa. Los púlsares son uno de los relojes más precisos del Universo, y su precisión, junto con la habilidad del SKA para detectar incluso las variaciones más sutiles en su periodo, ayudarán a avanzar en este campo de la ciencia. El SKA buscará púlsares cercanos a agujeros negros y observará la influencia gravitatoria entre estos dos objetos, buscando perturbaciones minúsculas en esta fábrica de espacio-tiempo en sí misma.

Estas perturbaciones, conocidas como ondas gravitacionales son objeto de estudio por telescopios terrestres y espaciales. Han sido detectadas durante los últimos 30 años a partir de observaciones de púlsares en frecuencias de radio. Sin embargo, hasta comienzos del siglo XXI las ondas gravitacionales a mayor escala, que se extienden por todo el espacio, causadas por la colisión de dos agujeros negros eran sólo teóricas.

Los sensibles instrumentos del SKA buscarán estas ondas gravitacionales a gran escala, en un intento de refinar y probar al límite las teorías de Einstein.

Algunos hechos interesantes

  • Teóricamente, para que algo del tamaño de la Tierra se convirtiese en un agujero negro, tendría que comprimirse hasta tener el tamaño de una canica.
  • Cuando el Sol haya consumido todo su combustible nuclear y se expanda formará, con toda probabilidad, una nebulosa planetaria. Es demasiado pequeño como para formar una supernova y a partir de ella una estrella de neutrones o un agujero negro.
  • Los primeros púlsares se encontraron en el Reino Unido en los años 60 por una estudiante de doctorado (Jocelyn Bell Burnell) y se conocieron en un primer momento como LGM (a partir del acrónimo inglés de Little Green Men, que quiere decir “hombrecillos verdes”)

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