¿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.

Un extraño trío de estrellas pone a prueba la teoría de la relatividad


La Vanguardia

  • Los científicos afirman que el sistema promete la oportunidad de señalar el camino a la siguiente teoría de la gravedad tras las de Newton y Einstein

Un extraño trío de estrellas pone a prueba la teoría de la relatividad

Madrid. (Europa Press).- Astrónomos que usan el Telescopio Green Bank de la Fundación Nacional de Ciencia (GBT, en sus siglas en inglés) han descubierto un sistema estelar único de dos estrellas enanas blancas y una estrella de neutrones superdensa, todo ello incluido en un espacio más pequeño que la órbita de la Tierra alrededor del sol.

La cercanía de las estrellas, junto con su naturaleza, ha permitido a los científicos hacer las mejores mediciones de las complejas interacciones gravitacionales en un sistema de este tipo. Además, los estudios detallados de este sistema pueden proporcionar una pista clave para resolver uno de los principales problemas pendientes de la física fundamental, la verdadera naturaleza de la gravedad.

“Este triple sistema nos da un laboratorio cósmico natural mucho mejor que cualquier cosa encontrada antes para aprender exactamente cómo funcionan estos sistemas de tres cuerpos y, potencialmente, detectar problemas con la relatividad general que los físicos esperan ver en condiciones extremas”, explica Scott Ransom, del ‘National Radio Astronomy Observatory’ (NRAO).

El estudiante graduado de la Universidad de West Virginia, en Estados Unidos, Jason Boyles, ahora en la Universidad de Western Kentucky, descubrió originalmente el púlsar como parte de una búsqueda a gran escala para los púlsares con el GBT. Los púlsares son estrellas de neutrones que emiten haces de luz como las ondas de radio que se mueven circularmente rápidamente por el espacio como el objeto gira sobre su eje.

Uno de los descubrimientos de la búsqueda es un pulsar a unos 4.200 años luz de la Tierra, girando casi 366 veces por segundo. Estos púlsares que giran rápidamente, llamados púlsares de milisegundos, pueden ser usados por los astrónomos como herramientas de precisión para el estudio de una variedad de fenómenos, incluyendo búsquedas de las esquivas ondas gravitacionales. Observaciones posteriores mostraron que el púlsar se encuentra en una órbita cercana a una estrella enana blanca y ese par está en órbita con otro, una enana blanca más lejana.

“Este es el primer pulsar de milisegundos que se encuentra en un sistema de este tipo y, de inmediato, reconocimos que nos proporciona una gran oportunidad para estudiar los efectos y la naturaleza de la gravedad”, señala Ransom.

Los científicos, cuyos descubrimientos se publican este domingo en la edición digital de Nature, comenzaron un programa de observación intensiva con el GBT, el radiotelescopio de Arecibo, en Puerto Rico, y Westerbork Synthesis Radio Telescope en Holanda. También estudiaron el sistema con datos del Sloan Digital Sky Survey, el satélite GALEX, el telescopio WIYN en Kitt Peak, Arizona, y el Telescopio Espacial Spitzer.

“Las perturbaciones gravitacionales impuestas a cada miembro de este sistema por parte de los demás son increíblemente puras y fuertes -apunta Ransom-. El púlsar de milisegundos sirve como una herramienta extremadamente poderosa para medir esas perturbaciones increíblemente bien”.

Al registrar con precisión el tiempo de llegada de los pulsos del pulsar, los científicos fueron capaces de calcular la geometría del sistema y las masas de las estrellas con una precisión sin precedentes.

“Hemos hecho algunas de las mediciones más precisas de las masas de la astrofísica”, afirma Anne Archibald, del Instituto Holandés de Radioastronomía. “Algunas de nuestras mediciones de las posiciones relativas de las estrellas en el sistema son exactas a cientos de metros”, detalla Archibald, quien encabezó el esfuerzo para utilizar las mediciones para construir una simulación por ordenador del sistema que puede predecir sus movimientos.

La investigación sobre este sistema utiliza técnicas que se remontan a las utilizadas por Issac Newton para estudiar el sistema Tierra-Luna-Sol, en combinación con la “nueva” gravedad de Albert Einstein que se requiere para hacer las mediciones precisas. A su vez, los científicos dijeron que , el sistema promete la oportunidad de señalar el camino a la siguiente teoría de la gravedad.

El sistema da a los científicos la mejor oportunidad para descubrir una violación de un concepto llamado el Principio de Equivalencia, que establece que el efecto de la gravedad sobre un cuerpo no depende de la naturaleza o la estructura interna de ese cuerpo.

Los experimentos más famosos que ilustran este principio es el reputado de Galileo sobre la caída de dos bolas de diferentes pesos desde la torre inclinada de Pisa y el del comandante del Apolo 15 David Scott que dejó caer un martillo y una pluma de halcón mientras estaba de pie en la superficie sin aire de la Luna en 1971.

“Mientras que la Teoría de la Relatividad General de Einstein hasta ahora ha sido confirmado por todos los experimentos, no es compatible con la teoría cuántica. Debido a eso, los físicos esperan que se descomponga bajo condiciones extremas”, explica Ransom. “Este sistema triple de estrellas compactas nos da una gran oportunidad para buscar una violación de una forma específica del Principio de Equivalencia llamado el Fuerte Principio de Equivalencia”, agrega.

Cuando explota una estrella masiva en forma de supernova y sus restos se colapsan en una estrella de neutrones superdensa, parte de su masa se convierte en energía de enlace gravitacional que mantiene la estrella densa junta. El fuerte Principio de Equivalencia dice que esta energía de enlace todavía reaccionará gravitacionalmente como si fuera masa. Prácticamente todas las alternativas a la relatividad general sostienen que no lo hará. “Este sistema ofrece la mejor prueba hasta ahora de que eso es así”, afirma Ransom.

Bajo el fuerte principio de equivalencia, el efecto gravitatorio de la enana blanca externa sería idéntico tanto para la enana blanca interior y la estrella de neutrones. Si el fuerte principio de equivalencia no es válido en las condiciones de este sistema, el efecto gravitatorio de la estrella exterior en la enana blanca interior y la estrella de neutrones sería ligeramente diferente y las observaciones de alta precisión del pulsar podrían mostrarlo fácilmente.

“Encontrar una desviación del fuerte principio de equivalencia indicaría un desglose de la Relatividad General y nos apuntaría hacia una nueva, la teoría correcta de la gravedad”, añade. “Este es un sistema fascinante de muchas maneras, incluyendo lo que debe haber sido una historia de formación completamente loca y tenemos mucho trabajo por hacer para comprenderlo plenamente”, apunta Ransom.

El CERN halla partículas que se mueven más rápido que la luz


El Mundo

Un equipo internacional de científicos ha encontrado unas partículas, llamadas neutrinos, que viajan más rápido que la luz, según un portavoz de los investigadores. El hallazgo podría suponer un desafío a una de las leyes fundamentales de la física.

Antonio Ereditato, que trabaja en el centro de partículas físicas del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear, por sus siglas en francés) en la frontera franco-suiza, contó a Reuters que los tres años de mediciones han mostrado que los neutrinos se movían 60 nanosegundos más rápido que la luz en una distancia de 730 kilómetros entre Ginebra y Gran Sasso, en Italia.

La luz podría haber cubierto esa misma distancia en alrededor de 2,4 milésimas de segundo, pero los neutrinos tardaron 60 nanosegundos (un nanosegundo equivale a una mil millonésima parte de un segundo) menos que los haces de luz.

“Tenemos mucha confianza en nuestros resultados. Pero necesitamos que otros colegas hagan sus pruebas y lo confirmen por sí mismos”, dijo.

Hay que ser prudente

Si se confirma, el descubrimiento podría invalidar una parte clave de la teoría de la relatividad que Albert Einstein enunció en 1905, que asegura que nada en el universo puede viajar más rápido que la luz.

“Queríamos encontrar un error, un error trivial, uno más complicado o un efecto desagradable, pero no lo hemos encontrado”, dijo el investigador a la BBC.

“Cuando uno no encuentra nada, entonces dices: Bueno, ahora me veo obligado a salir y pedir a la comunidad que examine esto”.

“Es una pequeña diferencia”, dijo Ereditato, que también trabaja en la Universidad de Berna en Suiza “, pero conceptualmente es muy importante. El hallazgo es tan sorprendente que, por el momento, todo el mundo debe ser muy prudente”.

Un experimento de la NASA confirma dos principios de la Teoría de la Relatividad


El Mundo

Un experimento realizado por investigadores de la NASA y la Universidad de Stanford en California ha confirmado con gran precisión dos supuestos básicos de la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein.

Apodado ‘Gravity Probe B’, este experimento, uno de los más largos realizado por la agencia espacial de EEUU, ha utilizado cuatro giroscopios ultra-precisos a bordo de un satélite para medir dos efectos de esta teoría de la gravedad.

El primero de este efecto es la distorsión del espacio y del tiempoen torno a un objeto que ejerce una fuerza gravitacional de la Tierra. El segundo, el efecto es la cantidad de espacio y el tiempo que tal objeto afecta girando sobre sí mismo.

La nave estaba apuntando hacia una sola estrella, IM Pegasi, en una órbita polar alrededor de la Tierra. Si la gravedad no afectara el espacio y el tiempo, los cuatro giroscopios colocados en el satélite siempre apuntarían en la misma dirección.

Sin embargo, estos aparatos, arrastrados por la gravedad, han cambiado la dirección a la que señalaron en principio, lo que confirma la teoría de la relatividad de Einstein.

¿Qué es un giroscopio?

Un giroscopio es una rueda o una parte mecánica de un aparato circular que gira en torno a un eje que pasa por su centro y que, una vez iniciado el movimiento, tiende a resistir los cambios en su orientación.

“El experimento GP-B ha confirmado dos de los supuestos más importantes de la Teoría de Einstein sobre el universo, que tiene implicaciones en toda la investigación en astrofísica”, según Francis Everitt, un físico de la Universidad de Stanford, quien ha dirigido la investigación.

“La tecnología que está detrás de esta misión tendrá efectos duraderos en la investigación sobre la Tierra y el espacio“, añadió.

Los resultados de este experimento, cuyo proyecto comenzó hace 52 años, se publican en la revista ‘Physical Review Letters’.