Comprobaciones experimentales de la relatividad general (1)

Experientia docet Teoría de la invariancia Artículo 21 de 23

Cuando la teoría general de la relatividad se publicó en 1916 vino a explicar algunas observaciones astronómicas, hasta ese momento sin explicación satisfactoria, y realizó varias predicciones que se irían confirmando a lo largo del siglo siguiente, la última de ellas, las ondas gravitacionales, detectadas en 2016.

Hemos de aclarar que explicación, en filosofía de la ciencia, tiene un sentido minimalista. Simplificando, se dice que una teoría explica un conjunto de datos conocidos de una observación, si estos datos podrían haberse predicho usando la teoría. En cierto sentido una explicación es una predicción retroactiva.

Precesión de la órbita de un planeta.

Pues bien, a comienzos del siglo XX se había venido observando durante décadas, desde que lo describiese Urbain le Verrier en 1859, que la órbita de Mercurio tenía ciertas peculiaridades. Los planetas se supone que siguen órbitas elipsoidales, con el Sol en uno de los focos de la elipse, tal y como había descrito Kepler y explicado (en el sentido que usamos esta palabra) Newton. Resulta que el punto de la órbita más cercano al Sol, el perihelio, se supone que es fijo pero se había observado que se desplazaba ligeramente de lo previsto, lo suficiente como para poder medirse consistentemente, rotando alrededor del Sol; este fenómeno se conoce como precesión de la órbita y ocurre en todos los planetas no solo en Mercurio, algo que solo pudo medirse mucho después en los demás debido a lo pequeño del efecto. La teoría de Newton podía explicar el fenómeno, pero en ningún caso la magnitud de la precesión de la órbita de Mercurio.

Para explicarlo se aventuraron multitud de hipótesis, entre ellas la existencia de un planeta más próximo al Sol que el propio Mercurio, al que llamaron Vulcano. En el artículo que publicó Einstein en 1916 demostraba que sus ecuaciones “predecían” y, por tanto, explicaban, que el perihelio de Mercurio debía avanzar cada año y que la magnitud del avance se correspondía con los valores observados. Un punto a favor de la teoría, pero en ningún caso definitivo. Curiosamente Paul Gerber había llegado a la misma fórmula final para la magnitud de la precesión en 1898, pero se había basado en la teoría electromagnética de Weber (ya superada por la de Maxwell), y la consistencia lógica de la derivación era dudosa, por lo que se descartó la idea.

Corrimiento al rojo gravitacional o de Einstein

Einstein también recogía en su artículo de 1916 que, si la relatividad general es correcta, entonces la longitud de onda de la luz que se aleja del origen de un campo gravitatorio muy fuerte debería presentar un desplazamiento al rojo cuando se observa desde un punto muy alejado del origen. De nuevo esto es algo que ya predice Newton y que ya estudiaron John Michell en 1783 y Pierre Simon de Laplace en 1796 usando la teoría corpuscular de la luz newtoniana.

El problema del planteamiento newtoniano es que llegaría un momento en que la luz no podría escapar de una estrella lo suficientemente masiva, pero el hecho es que escapa. La teoría ondulatoria vino a remediar esta paradoja, pero fue necesaria la teoría de Einstein para explicar el desplazamiento al rojo que ve un observador externo y que se debe, no a que la longitud de onda de la luz se altere, sino a que relojes en diferentes puntos miden diferentes tiempos. El corrimiento al rojo que predice Einstein no es fácil de medir, pero los experimentos realizados a lo largo del siglo XX confirman que la magnitud observada se corresponde con las predicciones, no solo en la luz que escapa de púlsares y estrellas, sino en la que escapa de la propia Tierra donde el efecto es mucho menor.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

2 comentarios

  • Avatar de Lector Sorprendido

    Se dice en este capítulo (el 3 de abril de 2018): «Cuando la teoría general de la relatividad se publicó en 1916 […] realizó varias predicciones que se irían confirmando a lo largo del siglo siguiente, la última de ellas, las ondas gravitacionales, detectadas en 2016.»

    Y en este mismo blog se publicó (el 25 de febrero de 2017): «Por qué el descubrimiento de las ondas gravitacionales no confirma la relatividad general… ¿o sí?»

    https://culturacientifica.com/2017/02/25/naukas16-descubrimiento-las-ondas-gravitacionales-no-confirma-la-relatividad-general/

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