{"id":133925,"date":"2015-11-17T09:56:18","date_gmt":"2015-11-17T08:56:18","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/astrofisica\/?p=133925"},"modified":"2016-03-11T16:15:48","modified_gmt":"2016-03-11T15:15:48","slug":"desde-mercurio-hasta-los-agujeros-negros-einstein-y-la-teoria-de-la-relatividad-general-en-la-astrofisica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/astrofisica\/2015\/11\/17\/133925","title":{"rendered":"Desde Mercurio hasta los agujeros negros: Einstein y la teor\u00eda de la relatividad general en la astrof\u00edsica"},"content":{"rendered":"

El universo se nos presenta como algo bello, complejo y, simult\u00e1neamente, ex\u00f3tico. No solo contiene objetos que desaf\u00edan nuestra imaginaci\u00f3n, como es el caso de los agujeros negros<\/strong>, sino que tanto el tiempo como el espacio pueden encontrarse deformados y ahora sabemos que el mismo cosmos tuvo un nacimiento: el Gran Estallido<\/a><\/strong> hace casi 14 mil millones de a\u00f1os. Aunque subyugantes, no son conceptos f\u00e1ciles de entender\u00a0 para unos primates, nosotros, que evolucionaron en las sabanas africanas. Nuestra \u00a0estructura mental, desarrollada entonces, est\u00e1 basada en un espacio de tres dimensiones y un tiempo cuya transcurso es lineal y homog\u00e9neo, independientemente del lugar en el que nos encontremos.\u00a0\u00bfC\u00f3mo hemos llegado a conocer esta realidad tan extra\u00f1a y ajena a nuestra experiencia directa? La respuesta est\u00e1 en uno de los grandes h\u00e9roes del siglo XX, Albert Einstein<\/a><\/strong> pero, como veremos, no solo en \u00e9l.<\/p>\n

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Ilustraci\u00f3n del peri\u00f3dico brit\u00e1nico London News que explica la desviaci\u00f3n de los rayos de luz debida a la acci\u00f3n de la gravedad del Sol, seg\u00fan las mediciones realizadas en 1919 y que confirmaban de manera espectacular la teor\u00eda de Albert Einstein sobre la relatividad general, publicada cuatro a\u00f1os antes.<\/figcaption><\/figure>\n

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En noviembre de 1915<\/strong> Einstein public\u00f3 varios art\u00edculos cient\u00edficos que en buena medida cambiar\u00edan la astrof\u00edsica<\/strong> y, con ella, nuestra percepci\u00f3n del universo. Y este proceso ocurri\u00f3 mediante una teor\u00eda en donde los ingredientes matem\u00e1ticos ten\u00edan un peso extraordinario y los componentes f\u00edsicos, las referencias directas a la realidad, eran aparentemente escasos. De hecho, salvo unos pocos estudios, pasar\u00edan varias d\u00e9cadas hasta que se reconociera su verdadera importancia. Se trata de su teor\u00eda de la relatividad general, que se ocupa de la atracci\u00f3n gravitatoria<\/strong>. Recordemos que diez a\u00f1os antes, en su annus mirabilis<\/em> de 1905<\/a>, Einstein hab\u00eda publicado tres art\u00edculos de gran influencia (recibir\u00eda el Premio Nobel en 1921 por el denominado efecto fotoel\u00e9ctrico<\/strong>, crucial para el funcionamiento de las placas solares, por ejemplo) y que en uno de ellos formul\u00f3 su teor\u00eda de la relatividad especial<\/strong>. A pesar de incluir ambas la palabra relatividad, la teor\u00eda de 1905 trataba del movimiento y prob\u00f3 que no exist\u00eda un tiempo ni un espacio absolutos<\/strong>, algo que nuevamente \u201catacaba\u201d nuestra percepci\u00f3n como primates. Aun as\u00ed, su validez se ha demostrado una y otra vez de manera experimental. Pero, \u00bfqu\u00e9 es la teor\u00eda de la relatividad general?<\/strong><\/strong><\/p>\n

Las extravagancias del planeta m\u00e1s peque\u00f1o<\/strong><\/p>\n

A finales del siglo XIX se sab\u00eda que el planeta Mercurio<\/strong>, el m\u00e1s pr\u00f3ximo al Sol, ten\u00eda una peculiaridad. Su \u00f3rbita no respond\u00eda perfectamente a las leyes del movimiento planetario de Johannes Kepler<\/strong>, que se derivan de la Ley de la Gravitaci\u00f3n Universal de Isaac Newton<\/strong>. Mercurio, como el resto de los planetas del Sistema Solar, se mueve en torno al Sol describiendo una trayectoria algo diferenciada de un c\u00edrculo. Se trata de una suave elipse, un tipo de curva ya descrita en la Antig\u00fcedad. Sin embargo, las observaciones sistem\u00e1ticas y de gran precisi\u00f3n hab\u00edan mostrado que Mercurio se desviaba de su trayectoria de manera sistem\u00e1tica. Aunque este cambio, denominado precesi\u00f3n<\/strong>, era de s\u00f3lo 43 segundos de arco cada centuria, lo que aproximadamente equivale al tama\u00f1o angular de una moneda de un euro vista a unos cien metros de distancia, era lo suficientemente relevante como para crear cierta incomodidad. Cierto es que el planeta Neptuno<\/strong> fue descubierto en 1846 debido al efecto gravitacional que provocaba en la trayectoria de Urano, en un esfuerzo comunal paneuropeo, no exento de competiciones nacionalistas. Pero en este caso, las perturbaciones y su descripci\u00f3n matem\u00e1tica se entend\u00edan completamente y respond\u00edan de manera perfecta a la teor\u00eda de Newton sobre la gravedad. Sin embargo, Mercurio se mostraba m\u00e1s esquivo. Usando una licencia po\u00e9tica, m\u00e1s vol\u00e1til, como su mismo nombre parece indicar.<\/strong><\/p>\n

La idea m\u00e1s brillante<\/strong><\/p>\n

Albert Einstein conoc\u00eda el problema de la precisi\u00f3n an\u00f3mala de Mercurio cuando realiz\u00f3 un sumario de su teor\u00eda de la relatividad especial en 1907, seg\u00fan el cual se percat\u00f3 de que pod\u00eda violar un principio esencial en la F\u00edsica: que los cuerpos caen a la misma velocidad, independientemente de su masa y su forma. Asumiendo, eso s\u00ed, que no hay rozamiento debido al aire que nos rodea. Formulado por Galileo Galilei<\/strong> a principios del siglo XVII, era uno de los fundamentos primordiales de la mec\u00e1nica. As\u00ed pues, \u00bfnos devolv\u00eda la relatividad especial a una F\u00edsica aristot\u00e9lica? La genialidad de Einstein se demostr\u00f3 en ese momento con lo que \u00e9l mismo denomin\u00f3 su idea m\u00e1s brillante: el principio de equivalencia<\/strong>, seg\u00fan el cual la fuerza de inercia es a todos los efectos igual a la atracci\u00f3n de la gravedad.<\/strong> Fuerzas que son familiares para\u00a0todo el mundo, ya que la gravedad nos ata a nuestro planeta y la inercia aparece, por ejemplo, cuando el veh\u00edculo en el que nos encontramos arranca y experimentamos un tir\u00f3n en direcci\u00f3n opuesta al movimiento. Einstein ilustr\u00f3 su principio de equivalencia con un experimento mental: en un ascensor sin ventanas no se pueden distinguir ambas fuerzas.<\/em><\/p>\n

Un gran esfuerzo de colaboraci\u00f3n<\/strong><\/p>\n

En el desarrollo de su teor\u00eda de la relatividad general, Eisntein no estar\u00eda\u00a0solo, ya que notables cient\u00edficos\u00a0participaron de diferentes formas. Algunos lo hicieron como corresponsales epistolares con los que comentaba sus avances, y los obst\u00e1culos a los que se enfrent\u00f3, y cuyas cartas permiten seguir el desarrollo de la teor\u00eda; otros, como colaboradores necesarios. As\u00ed, se encuentran nombres\u00a0como el de Marcel Grossmann, Michele Besso o Erwin Freundlich<\/strong>. Este \u00faltimo, por ejemplo, un joven astr\u00f3nomo del observatorio de Postdam, fue esencial para desarrollar las ideas que conducir\u00edan a la primera demostraci\u00f3n experimental de la teor\u00eda.<\/strong> La colaboraci\u00f3n se realiz\u00f3 en el invierno entre 1911 y 1912.<\/p>\n

En 1913, Einstein desarroll\u00f3\u00a0una teor\u00eda preliminar, a la que denomin\u00f3 \u201c<\/strong>Entwurf<\/strong><\/em>\u201d<\/strong> (borrador<\/em> en alem\u00e1n) que, aunque err\u00f3nea, fue muy importante en su camino hacia la formulaci\u00f3n matem\u00e1tica que publicar\u00eda dos a\u00f1os m\u00e1s tarde<\/strong>. De hecho, poco antes, junto con Grossmann<\/strong>, ya hab\u00eda dado con la soluci\u00f3n correcta, aunque sin reconocerla como tal. Un ejemplo m\u00e1s de la importancia de las casualidades y de la fortuna en el avance de la ciencia.<\/strong><\/p>\n

Confirmaci\u00f3n y la nueva realidad del universo<\/strong><\/p>\n

Tras la aparici\u00f3n de la teor\u00eda de la relatividad general en 1915 se inici\u00f3 la b\u00fasqueda de su\u00a0demostraci\u00f3n emp\u00edrica<\/strong>. La misma solo pod\u00eda realizarse con el cuerpo de mayor masa disponible: el Sol<\/strong>. En 1919, un equipo internacional coordinado por Arthur Eddington<\/strong> observ\u00f3 durante un eclipse total de Sol<\/strong> c\u00f3mo la gravedad de nuestra estrella desviaba los rayos de luz que proven\u00edan de astros lejanos y que pasaban cerca de su superficie, tal y como preve\u00eda la nueva teor\u00eda de Einstein frente a la de Newton, que preve\u00eda una desviaci\u00f3n distinta.<\/strong> Los resultados fueron noticia en numerosos peri\u00f3dicos en todo el mundo y Einstein se convirti\u00f3 en toda una figura medi\u00e1tica. El experimento se verificar\u00eda durante otro eclipse de Sol \u00a0en 1922. A pesar de ello, la teor\u00eda de la relatividad general no eclosionar\u00eda, convirti\u00e9ndose en esencial, hasta pasado un tiempo.\u00a0Tras la Segunda Guerra Mundial, una nueva generaci\u00f3n de cient\u00edficos empujados por las inversiones en ciencia y tecnolog\u00eda que se promovieron en la \u00e9poca (y de las cuales, por cierto, seguimos benefici\u00e1ndonos) comprendi\u00f3 la verdadera potencialidad de la teor\u00eda e integr\u00f3 los avances realizados, tanto desde el punto de vista observacional, como del te\u00f3rico.<\/p>\n

Surgi\u00f3 as\u00ed la idea de un universo en expansi\u00f3n<\/strong>, seg\u00fan la denominada ley de Hubble<\/strong> (aunque las nociones iniciales son anteriores y Edwin Hubble no dio el debido cr\u00e9dito a las medidas de Vesto Slipher, publicadas en1917, y a los trabajos de Georges Lema\u00eetre de 1927), con un principio, el Big Bang<\/strong>, cuya evidencia observacional fue encontrada de manera casual (un ejemplo m\u00e1s de la serendipia en la ciencia) por Arno Penzias y Robert Wilson en 1964, al encontrar el fondo c\u00f3smico de microondas<\/strong>, una emisi\u00f3n uniforme consecuencia de la gran explosi\u00f3n. Y no olvidemos el descubrimiento de los agujeros negros<\/strong> y otros objetos celestes como los qu\u00e1sares<\/strong> y los p\u00falsares<\/strong> (estrellas de neutrones, el final de objetos m\u00e1s masivos que el Sol), cuya descripci\u00f3n requiere de la teor\u00eda de Einstein y las soluciones encontradas por Karl Schwarzschild dos a\u00f1os despu\u00e9s de su\u00a0publicaci\u00f3n en 1915.<\/p>\n

Nuestra misma galaxia, la V\u00eda L\u00e1ctea, contiene un inmenso agujero negro en su centro, que domina el movimiento, no solo de sus alrededores, sino cuya influencia se extiende mucho m\u00e1s all\u00e1. Pero, para ser m\u00e1s prosaico, una teor\u00eda formulada hace ya un siglo, la de la relatividad general de Einstein, es esencial para usar herramientas cotidianas tales como la navegaci\u00f3n GPS<\/strong>, dado que los relojes internos de cada uno de los sat\u00e9lites se ven afectados por el campo gravitatorio de la Tierra, que ralentiza el tiempo.\u00a0Aparentemente de manera \u00ednfima pero suficiente como para que, de ignorarla, las posiciones fueran err\u00f3neas. Por tanto, podemos decir que nuestro bienestar depende, en cierta medida, de una teor\u00eda que naci\u00f3 para dar respuesta a un problema menor de la mec\u00e1nica celeste. Despu\u00e9s de todo, el comportamiento del planeta m\u00e1s cercano al Sol no es tan \u201cmercurial\u201d.<\/p>\n

David Barrado Navascu\u00e9s<\/strong><\/p>\n

CAB, INTA-CSIC
\nCentro Europeo de Astronom\u00eda Espacial (ESAC, Madrid)<\/p>\n

@David_Barrado<\/strong><\/span><\/p>\n

PD (20160311): El 11 de febrero del 2016 se anunci\u00f3 la confirmaci\u00f3n de la brillante hip\u00f3tesis de Albert Einstein sobre las ondas gravitatorias, formulada en 1916 y consecuencia de la Teor\u00eda General de la Gravedad, publicada un a\u00f1o antes. M\u00e1s informaci\u00f3n en:<\/p>\n

Nataci\u00f3n sincronizada: agujeros negros y ondas gravitatorias<\/a><\/h3>\n

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El universo se nos presenta como algo bello, complejo y, simult\u00e1neamente, ex\u00f3tico. No solo contiene objetos que desaf\u00edan nuestra imaginaci\u00f3n, como es el caso de los agujeros negros, sino que tanto el tiempo como el espacio pueden encontrarse deformados y ahora sabemos que el mismo cosmos tuvo un nacimiento: el Gran Estallido hace casi 14 mil millones de a\u00f1os. Aunque subyugantes, no son conceptos f\u00e1ciles de entender\u00a0 para unos primates, nosotros, que evolucionaron en las sabanas africanas. Nuestra \u00a0estructura mental, desarrollada entonces, est\u00e1 basada en un espacio de tres dimensiones y un tiempo cuya transcurso es lineal y homog\u00e9neo, independientemente\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":140,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[560,563],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/astrofisica\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/133925"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/astrofisica\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/astrofisica\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/astrofisica\/wp-json\/wp\/v2\/users\/140"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/astrofisica\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=133925"}],"version-history":[{"count":24,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/astrofisica\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/133925\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":134038,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/astrofisica\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/133925\/revisions\/134038"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/astrofisica\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=133925"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/astrofisica\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=133925"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/astrofisica\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=133925"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}