¿Para qué sirve la Teoría de la Relatividad de Einstein?


El Mundo @teresaguerrerof

  • Sr. Einstein, ¿me puede explicar la Teoría de la Relatividad?
  • ¿Me puede explicar usted cómo se fríe un huevo?
  • Sí claro, sí que puedo.
  • Pues hágalo, pero imaginando que yo no sé lo que es un huevo, ni una sartén, ni el aceite, ni el fuego.

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Recreación de la nave 'Lisa Pathfinder', que será lanzada el 2 de diciembre. ESA

Recreación de la nave ‘Lisa Pathfinder’, que será lanzada el 2 de diciembre. ESA

Cuentan que Albert Einstein mantuvo esta conversación con un periodista. Una anécdota que rememora el astrónomo Rafael Bachiller, y que muestra la dificultad de explicar y entender la Teoría de la Relatividad cuando no se conocen sus herramientas físicas y matemáticas. Una contribución que, sin embargo, ha ayudado a los científicos a comprender diversos aspectos del Universo y a estudiarlo de una manera distinta, además de permitir el desarrollo de tecnologías como el sistema de posicionamiento GPS.

A través de numerosos experimentos, los científicos han puesto a prueba la Teoría de la Relatividad General y, hasta ahora, Einstein siempre ha salido airoso. Pero de todas las predicciones que hizo el genio alemán, falta la confirmación directa de la existencia de las llamadas ondas gravitacionales.

Según explica Carlos F. Sopuerta, físico del Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC), con sede en Barcelona, «las ondas gravitacionales son deformaciones del espacio que viajan en el tiempo a la velocidad de la luz. Estas deformaciones se van propagando, al igual que cuando tiras una piedra en el estanque y se generan ondas». Son producidas por «cataclismos cósmicos», fenómenos violentos del Universo en los que se genera mucha energía a velocidades muy altas, como la explosión de supernovas o la fusión de agujeros negros.

Tras muchos años de preparación y apenas una semana después de que se celebre el aniversario de la Teoría de la Relatividad General, el próximo 2 de diciembre despegará desde la Guayana Francesa LISA Pathfinder, una nave de la Agencia Espacial Europea (ESA) que tiene el objetivo de ensayar la tecnología para el futuro observatorio de ondas gravitacionales eLISA. LISA Pathfinder trabajará en el punto L1 de Lagrange, situado a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra.

Sopuerta es el investigador principal del equipo del IEEC-CSIC que trabaja en LISA PathFinder: «Lo que queremos observar desde el espacio no podemos verlo desde la Tierra, donde se están realizando otros experimentos de detección de ondas gravitacionales». El más avanzado, añade, es LIGO [Observatorio gravitacional de interferometría láser], en EEUU, desde el que se espera que antes de que acabe esta década se confirme directamente su existencia. Su detección, dice el físico, «probablemente valdrá un Premio Nobel para los investigadores» del observatorio estadounidense.

Hasta ahora, se han logrado pruebas indirectas de su existencia a través de las observaciones que en los años 70 hicieron Russell Hulse y Joseph Taylor del primer púlsar (una estrella de neutrones que emite radiación muy intensa en intervalos regulares) en un sistema binario.

LIGO puede captar las ondas gravitacionales emitidas por sistemas binarios de agujeros negros de origen estelar, pero para ver sistemas binarios de agujeros negros supermasivos, es necesario hacerlo desde el espacio.

«No llevamos a cabo experimentos como LIGO y LISA Pathfinder sólo para comprobar la Teoría de la Relatividad. Se trata de una nueva forma de hacer astronomía, de tener una visión totalmente distinta del Universo», explica Sopuerta. Y es que, a partir de las propiedades físicas de esas ondas gravitacionales, podrán determinar qué objetos las han generado: «Se puede saber si han sido emitidas por agujeros negros, por ejemplo, a qué distancia están y por tanto, conocer la distribución de los agujeros negros del Universo. Y también saber más sobre la historia de la cosmología, puesto que algunos de estos objetos estarán muy lejos».

El uso del GPS

El estudio de las ondas gravitacionales, dicen los científicos, les permitirá «oír» el sonido del Universo. Pero los principios recogidos en Teoría de la Relatividad General también han tenido aplicaciones tecnológicas: «Necesitas aplicar la Teoría de la Relatividad General cuando el campo gravitatorio es muy intenso, algo que ocurre en las cercanías de objetos muy densos, como un agujero negro, una estrella de neutrones y quizás en una enana blanca, donde no nos sirve la Teoría de Newton», explica Alberto Aparici, físico teórico del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV).

«Para que funcione el GPS y ofrecer información sobre cosas que suceden en la superficie terrestre usando satélites que están en el espacio, necesitas una gran precisión. Pero el ritmo al que corren los relojes depende del campo gravitatorio». Cuanto más fuerte es ese campo, más lento corre el reloj. Por ello, los relojes de los satélites GPS, que están a varios miles de kilómetros, no van al mismo ritmo que los que tenemos en la superficie terrestre. En el satélite están sometidos a un campo gravitatorio menor y van más rápidos que los terrestres.«Aunque la diferencia es de sólo unos pocos nanosegundos, es suficiente para que en el transcurso de varios años se desincronicen», añade.

Este fenómeno queda reflejado en la película Interstellar, dirigida por Christopher Nolan: «Cuanto más grande es la atracción gravitatoria (cuanto más cerca estamos de una gran masa), el tiempo transcurre más lentamente y los relojes van más lentos. Por eso el protagonista de la película Interstellar [interpretado por Matthew McConaughey] sigue joven, por haber pasado tiempo junto a un agujero negro, además de por haber viajado a alta velocidad», explica Rafael Bachiller, director del Observatorio Astronómico Nacional (IGN).

La Teoría de la Relatividad General, destaca Alberto Aparici, ha ayudado a los astrofísicos a estudiar la materia oscura en detalle a través del efecto de lente gravitatoria (la luz se curva en presencia de un campo gravitatorio). Por otro lado, recuerda el físico, la Teoría de la Relatividad Especial que Einstein presentó en 1905, 10 años antes que la de la Relatividad General, ha tenido múltiples aplicaciones en los campos vinculados con las partículas, como la radioterapia.

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