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Tag Archive 'Relatividad'

juny 03 2016

¿Se desplazan las estrellas en el cielo?

Posted in Postgrau |

En este breve ensayo hablaremos sobre cómo se comporta la luz al pasar en el borde del sol y comprender y comprobar la teoría de la relatividad general. Por lo tanto, a lo largo del ensayo nos referiremos a la teoría de Einstein y cómo este experimento lo impulsó a la fama siendo, hasta nuestros días, el físico más popular del mundo. Sin embargo, no nos enfocaremos en su historia o imagen, para eso existen cientos de libros que nos explican y narran su vida.
Einstein no fue quien comprobó su teoría de la relatividad, sino un astrofísico británico Arthur Stanley Eddington, quien la presentó y la defendió pese a los conflictos políticos que se generaron por la naturaleza alemana de este físico (en realidad nacionalizado suizo), que tras la Gran Guerra causaba intensos sentimientos de rechazo en Inglaterra.
Eddington era un apasionado de las estrellas y el trabajo más importante de su carrera fue la teorizar sobre el interior de las estrellas, desarrollando el primer método para comprender sus procesos. También desarrolló un modelo que permitía establecer una relación entre la luminosidad de las estrellas y su masa. Eddington también trataba de buscar desde la perspectiva newtoniana cómo la gravedad afectaba a Mercurio, el cual no seguía un comportamiento como los demás planetas. Los efectos del campo gravitatorio sobre la luz, ya era bien conocida, sin embargo, mientras estaba investigando por orden de la Royal Astronomical Society los trabajos de Einstein, encontró que su teoría de la gravedad podría explicar el dilema con este planeta.
Debemos entender que en Inglaterra y todo el resto del mundo existía una larga tradición de la mecánica newtoniana y contradecirla podría poner en riesgo las leyes de la física en ese periodo. Esto es, si Einstein argumentaba que la velocidad de la luz es una especie de límite cósmico que nada en el universo puede superar, solamente por publicar este concepto se estaba enfrentando al padre de la gravedad.
Por lo tanto, para entender el cambio de visión newtoniana a la de Einstein, y el experimento que llevó a cabo Eddington, debemos entender cómo se interpretaba el concepto de gravedad.
Para ejemplificar, concibamos una catástrofe cósmica, imaginemos que sin previo aviso el sol desapareciera por completo ¿Qué efecto produciría según Newton? Su teoría predice que si se destruyera el sol, los planetas saldrían inmediatamente de sus órbitas y se perderían en el espacio, por lo tanto Newton creía que la gravedad era una fuerza que actuaba instantáneamente a cualquier distancia, de modo que sentiríamos los efectos de dicha destrucción de manera inmediata. Pero Einstein, encontró un problema en la teoría, un fallo que sobresalía al investigar sobre la luz. Él sabía que la luz no viaja instantáneamente, de hecho los rayos solares tardan ocho minutos en recorrer los 150 millones de kilómetros que hay hasta la tierra y se había demostrado que nada, inclusive la gravedad puede viajar más rápido que la luz. Por lo tanto, ¿cómo podía salirse de órbita la tierra antes que la oscuridad causada por la desaparición del sol llegara a nuestros ojos?
Einstein desarrollo la teoría de las tres dimensiones espaciales y la única temporal que estaban unidas en un solo tejido espacio-temporal, describiendo el movimiento de los objetos sobre esta superficie. Este tejido es como una manta, en la cual si se coloca un objeto en el centro esta se dobla o se estira, si estos objetos fueran los planetas o las estrellas pasaría lo mismo, probando que la curvatura generaba la gravedad. Aplicando este principio, la tierra no se mantiene en órbita por la gravedad del Sol como mencionaba Newton, sino porque sigue las curvaturas del tejido espacial causadas por su peso, esto es, si desaparece, los planetas saldrían de su órbita inmediatamente. Esta nueva visión proporciono una nueva forma de ver a la gravedad, llamándola teoría de la relatividad general.
¿Qué pasa con la luz? De acuerdo a este principio, la luz que pasa por el borde del Sol seguiría la curvatura del espacio ocasionada por este astro. Según los cálculos de Newton, la luz debía presentar un doblamiento cerca del sol de 0.87 segundos de arco mientras que Einstein mencionaba que debía ser de 1,74 segundos de arco.
A nosotros nos tendría que parecer que las estrellas más cercanas al Sol se desplazan ligeramente de su posición usual. Einstein argumentaba que las estrellas deberían aparecer desplazadas el doble. Es como si una estrella cuya luz rozase el borde de nuestra estrella, apareciese desplazada en una distancia equivalente al ancho de una moneda vista a más de un kilómetro de distancia.
¿Quién tenía verdaderamente razón? Para poder comprobarlo se necesita comparar la posición de las estrellas a cielo abierto con su posición aparente cuando la luz roza el borde del Sol. Este efecto solo se puede ver durante un eclipse solar tomando varias fotografías de una región del cielo con y sin el Sol presente. Para ello hay que tomar en cuenta que seis meses antes deben tomarse fotos de referencia, tomando extremas precauciones con los tipos de enfoques de los telescopios utilizados durante el día y la noche.
El 9 de mayo de 1919 se presentó la oportunidad de ver un eclipse para poder contrastar estas dos teorías. En noviembre de 1917, se iniciaron los preparativos por parte de y un comité conjunto de la Royal Society y la Royal Astronomical Society, organizándose dos expediciones. Una hacia Sobral, Brasil en marzo de 1919 encabezadas por A. Cromelin y C. Davidson y otra hacia una isla frente a la costa occidental de África, Príncipe que fue la que encabezo Eddington y su ayudante E. Cottingham.
La expedición de Brasil llevaba un telescopio astrográfico con el que se obtuvieron 16 placas y un telescopio de 10 cm en el que se obtuvo 8 placas (las mejores de toda la expedición) con las cuales se calcularon la deflexión de la luz de las estrellas en el borde del sol entre 1.86 y 2,1 segundo de arco. Mientras que en Príncipe se utilizó un telescopio astrográfico con las que se obtuvieron 18 placas, de las cuales se estropearon la mayoría y solo se utilizaron dos con las que Eddington sacó un resultado mediante una compleja técnica que presuponía un valor de 1.91 segundos de arco (Collins y Pinch, 1993).
No fue inmediatamente que se revelaron a la luz estos resultados. Se analizaron previamente y entre Eddington y el astrónomo real hicieron su propio descarte ignorando las discrepancias entre las otras placas fotográficas. Fue hasta un 7 de noviembre de 1919, fecha en la que el Times de Londres escribe: revolución en la ciencia. Nueva teoría del universo. Las teorías de Newton habían sido derrocadas (Roqué, 2005). Estas frases fueron escritas a raíz de la reunión científica celebrada el día antes cuando los astrónomos ingleses anunciaron en una reunión extraordinaria conjunta de la Royal Astronomical Society y la Royal Society que las observaciones del eclipse total del sol del 9 de mayo de ese mismo año habían confirmado la predicción de Einstein en la teoría general de la relatividad (Collins y Pinch, 1993 p. 69).
Como toda teoría había ciertas incertidumbres en aceptarla en su totalidad, pero poco a poco se fue introduciendo dentro de los cálculos físicos del universo a raíz de otras comprobaciones. Lo importante en este caso fue que Eddington disfrutaba resaltando la naturaleza paradójica de la relatividad, porque creía en ella y como menciona Earman y Glymour (1980, p. 85) y para concluir: Eddington puso toda su fe porque creía que esta teoría era bella y profunda y, posiblemente, porque creía que sería mejor para el mundo que fuese verdadera, todavía hasta donde sabemos, sigue siendo la verdad acerca del espacio, el tiempo y de la gravedad.

Referencias

Collins, Harry y Pinch Trevor (1993). “¿Se desplazan las estrellas en el cielo?”. Traducción al castellano por Pedro Campos, Juan. En: El gólem, Lo que todos deberíamos saber acerca de la ciencia. Segunda edición. Barcelona: Critica. 58-71 p.

Earman, J. y Glaymour C. (1980). “Relativity and Eclipses: The British Eclipse Expedition of 1919 and their Predecessors”. Historical Studies in the Physical Sciences. 11(1) 49-85 p.

Roqué, Xavier (2005) “Einstein i la premsa. La construcció d’una icona científica contemporània.” Mètode, no. 48. 24-30 p.


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