_ 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).