El Tamiz

Ignora lo accesorio, atesora lo esencial

Comprobando que Einstein tenía razón

Relatividad general_ Crédito: Stanford University._

El laboratorio orbital más preciso creado por el hombre, el satélite Gravity Probe B, fue lanzado en 2004 para verificar varias de las predicciones realizadas por Einstein en su Teoría General de la Relatividad. Los investigadores llevan año y medio analizando los datos recopilados por el satélite en su primer año de vida y, por primera vez, han hecho públicos los resultados obtenidos hasta el momento. Aún tienen que seguir trabajando durante meses para completar el estudio, y parte de los fenómenos estudiados ya habían sido medidos anteriormente, aunque nunca con una precisión tan grande.

¿Por qué entonces hablar de esta noticia en El Tamiz? Muy sencillo - porque la Relatividad General mola, casi nunca se explica nada comprensible acerca de ella, y la noticia es una excusa para hacerlo.

Primera predicción - Efecto geodético

Recuerda - la Teoría General de la Relatividad (a partir de ahora, TGR) es una ampliación de la Teoría Especial de la Relatividad, del propio Einstein. De hecho, la “Especial” se llama así porque sólo es aplicable a casos especiales (sistemas sin aceleración). La TGR amplía la anterior incluyendo sistemas con aceleración y, como consecuencia, incluye la gravedad (de hecho propone que la aceleración y la gravedad son dos caras de la misma moneda, pero eso es otra historia).

Una de las predicciones de la teoría es muy conocida: los objetos “curvan” el espacio-tiempo a su alrededor, de manera similar a como una pelota de plomo colocada sobre una sábana curva la sábana y se hunde en ella. Una consecuencia de esta curvatura es lo que se llama “Efecto geodético”.

La Tierra gira sobre sí misma una vez cada 24 horas, como una gigantesca y lenta peonza. Cuando algo perturba el eje de giro de una peonza, ésta empieza a bandear mientras gira, de manera que su eje describe un cono en el espacio (es lo que pasa cuando das un golpecito a la peonza y parece que se va a caer pero sigue girando a la vez que se bandea). Esto también le ocurre a la Tierra (debido a las fuerzas que sobre ella ejercen la Luna y el Sol) y se denomina precesión.

Bien, ahora imagina que la peonza que está bandeando no se encuentra en un suelo liso, sino en una superficie curvada - sí, como la sábana del ejemplo anterior. El movimiento de “bandeo” ya no sería el mismo, ¿verdad? Lo mismo debería ocurrirle a la Tierra de acuerdo con la TGR, puesto que la Tierra es como una “peonza” que hunde el suelo debajo de ella, creando su propio “agujero” en el espacio-tiempo y cambiando su propia precesión. Esa variación de la precesión respecto a lo que ocurriría si el espacio fuera “plano” alrededor de la Tierra es una de las dos comprobaciones que el Gravity Probe B ha estado realizando: el satélite tiene giroscopios de una precisión extraordinaria, y puede medir desviaciones angulares minúsculas.

Bien, el resultado en este primer fenómeno parece claro: las mediciones experimentales coinciden con la teoría relativista con un 99% de precisión. Este grado de certeza es impresionante teniendo en cuenta que los ángulos predichos por la TGR en este caso son muy pequeños: unos 6 segundos de arco. Por si no te haces una idea de lo pequeño que es ese ángulo, es el equivalente al tamaño de una moneda vista a una distancia de dos campos de fútbol. ¡Muy pequeño!

Segunda predicción - Arrastre del marco de referencia

La segunda predicción de la teoría es aún más interesante: el arrastre del sistema de referencia, arrastre del marco de referencia o arrastre de marco (en inglés dicen frame-dragging, y las traducciones no son muy afortunadas). Se denomina también _Efecto Lense-Thirring__ _en honor a los físicos que la dedujeron de la TGR en 1918. Este segundo efecto no suelve verse en los libros tanto como el de la “pelota sobre una sábana” y consiste en lo siguiente:

De acuerdo con la TGR, la materia y el espacio-tiempo están íntimamente unidos (de ahí la curvatura que producen las masas). Por lo tanto, si una masa gira sobre sí misma (como hace la Tierra) entonces arrastra el espacio-tiempo a su alrededor en un remolino. Siguiendo con los ejemplos semi-ridículos, imagina que la Tierra es una pelota flotando en la superficie de un tarro de miel muy espesa. Si haces girar la pelota, la miel de alrededor gira arrastrada por la pelota. Este efecto tiene consecuencias curiosas, como por ejemplo el hecho de que si te mueves “a favor del remolino” (en el mismo sentido que la Tierra) vas más deprisa que si vas “en contra del remolino”.

Desgraciadamente, este efecto es muy, muy pequeño en el caso de la Tierra. El arrastre de marco depende de la masa del cuerpo (y la Tierra tiene una gran masa), pero también de la velocidad con la que gira, y la Tierra gira muy despacio. Por lo tanto, es muy difícil medirlo: el ángulo de desviación entre lo que ocurriría si este efecto no existiera y el que debe haber por el hecho de que exista (es decir, el ángulo que debe medir el satélite) es de unos 0.04 segundos de arco. Ese ángulo es el equivalente al espesor de un pelo visto a una distancia de cuatro campos de fútbol.

Como consecuencia de esto, los científicos aún no están seguros de sus resultados relativos a este efecto: la más mínima perturbación de los giroscopios del satélite (debido a cosas tan nimias como aglomeraciones temporales de carga en zonas del metal del satélite, campos eléctricos externos minúsculos, etc.) pueden ocultar el ángulo que deben medir. Por lo tanto, en lo que al arrastre de marco se refiere seguimos estando a la espera.

Como una última nota, existen otros científicos que quieren comprobar las predicciones de Einstein utilizando interferometría atómica en vez de métodos astronómicos, pero aún no han publicado ningún resultado - cuando lo hagan nos haremos eco de ello, puesto que ahí es donde la TGR puede entrar en conflicto con la cuántica y fallar. Recuerda que una teoría que englobe ambos aspectos (la relatividad y la cuántica) es aún un sueño para los físicos. Tal como están las dos teorías ahora mismo, si una es verdad la otra debe ser mentira, pero hay experimentos que demuestran ambas, por lo que se piensa que ambas pueden ser casos extremos de una teoría más general aún por descubrir (del mismo modo que la mecánica newtoniana que aprendemos en el colegio es un caso extremo de la relatividad, cuando la velocidad es muy pequeña comparada con la de la luz).

Para saber más: Artículo en inglés (Physorg), Teoría General de la Relatividad (Wikipedia), Explicación del arrastre de marco en inglés (Washington University, Saint Louis).

Ciencia, Física

11 comentarios

De: Carlos Romeo
2007-04-19 22:15:08

Muy interesante. Efectivamente no se habla mucho del arrastre del marco de referencia, de hecho yo no lo conocia. Como veo que no hay comentarios a este post he querido dejar cosntancia de mi interes por él. La problematica relatividad vs. cuantica, es algo que me resulta conocido, pero me gustaría que ampliaras el asunto, ¿porqué, en el actual estado de las dos teorias, estas son mutuamente excluyentes? Supongo que la respuesta implicará adentrarse un poco (o mucho) en la relatividad y la mecanica cuantica, pues ¡ala! si miedo!!!Muy buena página.

De: Pedro
2007-04-20 16:54:24

¡Gracias por el comentario y el piropo! Me alegro de que te haya gustado el artículo - siempre hay temas que a algunos aburren, y no estaba seguro de a cuánta gente le interesaría esta noticia.Anoto tu petición y te aseguro de que en pocos días trataremos el asunto "relatividad vs cuántica" hasta donde se pueda sin usar fórmulas. En cuanto acabe la serie de "selección del observador" en "Ahora que lo pienso..." la próxima entrega será esa. Prometido.

De: Kilian
2007-05-08 16:46:06

Impresionante el post, jejej q sepas que somos muchos los q nos interesamos por la teoria de la relatividad de ese pequeño genio q emos tenido el placer de tener en la humanidad. ahora bien si quieres disfrutar del espacio tiempo te recomiendo que uses esa misma lei del arco q as espuesto en un agujero negro, donde no tendras un pelo a una distancia de 4 campos de futbol si no tendras un camion a 5mm de tus ojos jejejej espero ver mas post de este tipo GRACIAS otra vez

De: xx32
2008-09-12 19:14:40

Bien, si el arrastre del marco es resultado de la masa y la velocidad, en ese caso ¿daría lo mismo un objeto con mucha masa y poca velocidad de jiro a un objeto con poca masa pero girando a velocidades muuuuuu.....uuuy altas?


De: Pedro
2008-09-12 21:30:25

@ xx32,

Sí :)


De: Tigre77
2009-10-24 05:25:29

Hola,

Quisiera tener más información acerca de estos temas. ¿Por qué la relatividad de Einstein contradice la teoría de la mecánica cuántica?
¿La teoría de cuerdas, es una teoría o una mera filosofía?
Tengo entendido que una teoría se puede comprobar, ¿la de la cuerda también se puede comprobar?

Bueno espero tus comentarios.

Saludos


De: domald
2011-05-07 03:32:42

perdonen que les escriba, pero la cerdad no entendi nada de lo que dice arriba.. pero me gustria saber en que nos afecta....?


De: David
2014-10-08 17:30

¡Hola! Felicitaciones por tu sitio, como estudiante de licenciatura en Física y Matemáticas y de Programación, me parece apasionante la mayoría de cosas que encuentro aquí, ¡cuéntame como nuevo lector!

Apoyo totalmente la idea de un artículo que expliqué el por qué ambas teorías no son compatibles, y en caso de que ya lo haya y no lo haya visto (acabo de descubrir tu blog y voy de viejo a nuevo), seguramente me lo voy a encontrar.

¡Gracias por tu tiempo!

De: Isabel
2014-11-12 23:53

Muchas veces, los artículos son leídos por gente como yo que es aficionada,más no experta, sin embargo nos interesa saber y conocer. No son artículos aburridos

De:
2015-08-27 02:49

Aqui en el Perú a las peonzas las conocemos como trompos.

De: santiago
2016-01-07 17:44

muy bueno el blog me lo estoy leyendo de principio a fin, y lo que mas me encanta es cuando hablas de fisica quimica y esas cosas

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