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CIENCIA Y TECNOLOGIA

Midiendo el universo

Los científicos tratan de dilucidar en qué se equivocó Einstein

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Pese a ser un fenómeno tan común, la gravedad sigue siendo un misterio para la física moderna. Luego de varias décadas de experimentos, los científicos han fracasado en sus intentos por hacer coincidir la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que explica cómo la gravedad mantiene unidos los objetos, con la mecánica cuántica -de la que fue precursor-, que describe las diminutas partículas que forman la materia y las fuerzas que rigen su interacción. Además, descubrimientos recientes han dado lugar a nuevos dilemas.

Muchos físicos consideran que las ideas de Einstein acerca de la gravedad podrían estar equivocadas o por lo menos ser incompletas. Explicar exactamente cómo y en qué se equivocó el genio es la tarea de los científicos que se reunieron la semana pasada en la conferencia Replanteando la gravedad, en la Universidad de Arizona, en Tucson.

Una forma de poner a prueba la relatividad general es analizar minuciosamente los supuestos en que ésta se basa, como el principio de equivalencia: la gravedad atrae todos los objetos a la misma velocidad, independientemente de su masa o composición. Este principio fue demostrado en un famoso experimento de Galileo Galilei hace unos 400 años, cuando dejó caer simultáneamente desde la Torre de Pisa balas de cañón y de mosquete, de oro, plata y madera, que aparentemente llegaron al suelo al mismo tiempo.

Para hacer una prueba más precisa se requiere una torre mucho más alta. Ahora los investigadores envían a la Luna balas que regresan: Tom Murphy y sus colegas de la Universidad de California en San Diego disparan rayos láser desde el desierto de Nuevo México a reflectores colocados en la Luna por naves espaciales estadunidenses y rusas a finales de los años 60 y principios de los 70. Los científicos usan un telescopio para captar la pequeña fracción de luz que regresa. Como la velocidad de la luz es conocida, calculan la distancia entre la Tierra y la Luna a partir del tiempo que tarda la luz en hacer el recorrido.

Las grandes mentes coinciden

De acuerdo con la teoría de la relatividad general, como la Tierra y la Luna giran alrededor del Sol, deberían caer hacia él a la misma velocidad, así como las balas de Galileo golpearon el suelo al mismo tiempo. Al medir repetidamente la distancia entre las órbitas de la Tierra y la Luna alrededor del Sol, los científicos pueden compararlas. Si se violara el principio de equivalencia, la órbita de la Luna alrededor de la Tierra aparecería distorsionada, ya fuera alejándose del Sol o acercándose a él. Hasta ahora, explicó Murphy en la conferencia, sólo una diezbillonésima parte de estas pruebas han confirmado el principio de equivalencia. Murphy y sus colegas esperan que mediciones aún más precisas puedan demostrar, en última instancia, que la teoría de la relatividad general es sólo una aproximación a la realidad, lo que sería el inicio de una revolución en la física.

Otro aspecto del trabajo de Einstein que debe ser sometido a prueba es la existencia de las ondas gravitacionales. La relatividad general no concibe la gravedad como una fuerza, sino como la consecuencia de una curvatura en el espacio y el tiempo. Como se sabe, el espacio-tiempo tiene cuatro dimensiones: las tres espaciales (longitud, amplitud y altura) y el tiempo, y puede ser distorsionada o curvada por objetos enormes, como las estrellas. La aceleración de estos objetos produce débiles ondulaciones temporales en el espacio-tiempo (ondas gravitacionales), las cuales podrían ser perceptibles si el objeto en aceleración es suficientemente grande.

Esto es precisamente lo que esperan lograr los científicos en los nuevos observatorios terrestres. El más preciso de ellos es el telescopio de interferómetro láser de ondas gravitacionales, instalado en Livingston, Louisiana, y Hanford, Washington. Hasta ahora no ha detectado nada digno de mención, pero lleva menos de un año funcionando en ambos sitios. Aún así, la agencia espacial estadunidense (NASA) y su par europea trabajan juntas para dar el siguiente paso: la antena espacial de interferómetro láser, que sería aún más sensitiva a las ondas gravitacionales; si éstas fueran detectadas se confirmaría otra de las predicciones de Einstein.

Otros experimentos están probando la gravedad en el espacio. La NASA tiene una nave espacial llamada Gravity Probe B, que investiga una sutileza conocida como el efecto Lense-Thirring, una pequeña fuerza que se genera a medida que una masa giratoria, como un planeta en rotación, produce una curvatura en el espacio-tiempo. La nave de prueba gira alrededor de la Tierra en órbita polar. Se prevé que, poco a poco, el efecto Lense-Thirring cambiará el punto del Ecuador por el cual cruza el aparato. Obtener un efecto perceptible puede tardar varios meses. Se espera que en la primavera se den a conocer los primeros resultados.

Lo que sucede con el espacio-tiempo alrededor de un objeto rotatorio mucho más grande que la Tierra -un hoyo negro, por ejemplo- debería ser más obvio. Algunos elegantes y profundos matemáticos dicen que los hoyos negros pueden medirse utilizando sólo dos números: su masa y su radio. Ahora los astrónomos quieren saber si esta fórmula es correcta. Avery Broderick, de la Universidad de Harvard, dijo en la conferencia que un estudio suficientemente detallado del gigantesco hoyo negro que se encuentra en el centro de la galaxia podría contestar esa pregunta. Broderick sostiene que el radio podría calcularse en cinco años mediante una red intercontinental de radiotelescopios.

Imágenes de rayos X enviadas por satélites muestran gases que se dirigen a los hoyos negros a una velocidad cercana a la de la luz, y son un indicio de que el tiempo se hace más lento cuando los gases caen a una zona de la cual ya no pueden escapar. La NASA ha propuesto una misión, llamada Constellation-X, que aportaría a las investigaciones fotografías detalladas de lo que ocurre con el espacio-tiempo a la orilla de estos abismos gravitacionales.

Asimismo, existen planes para analizar el fondo de las olas gravitacionales, lo que revelaría cómo se veía el universo una fracción de segundo después de la Gran Explosión. Las primeras imágenes que los cosmólogos han encontrado datan de unos 200 mil años después del nacimiento del universo y muestran que en ese entonces ya estaba lleno de partículas dispersas. Las áreas más densas se convirtieron con el tiempo en galaxias, estrellas y planetas. Profundizar en el tiempo para saber cómo se llegó a ese punto permitiría a los cosmólogos determinar cuál de las teorías sobre el universo primigenio es la correcta y les revelaría más acerca de la naturaleza de la gravedad. Will Kinney, de la Universidad de Buffalo, habló en la conferencia sobre proyectos para encontrar las casi imperceptibles ondas gravitacionales de la Gran Explosión que aún resuenan en el espacio.

Más de un siglo después de que Einstein inició la más reciente revolución de la física, la mayor parte de sus ideas siguen siendo correctas, pero los físicos, convencidos de que están incompletas, han resuelto descubrir exactamente en qué falló.

FUENTE: EIU/Info-e