Un eclipse solar total ayudó a cimentar la teoría de la relatividad de Einstein. Hoy, usamos los mismos principios para hacer correcciones extremadamente específicas en cronometraje, las cuales permiten obtener posicionamiento por GPS de alta precisión.
Los sistemas satelitales de navegación global y sistemas de posicionamiento global forman parte integral de todas las herramientas que usamos en nuestro quehacer cotidiano: en nuestros autos, teléfonos móviles, rastreadores de mascotas, drones, etc. Sin embargo, la tecnología GPS solo es posible gracias al marco teórico de la relatividad general de Einstein, pero todo su trabajo hubiese sido en vano de no ser por un eclipse total de sol en 1919.
Einstein y el espacio-tiempo
Einstein sostenía la siguiente tesis: no se trata de que la masa genere gravedad por si sola, sino que esta genera una deformación en el tejido teórico que denominó espacio-tiempo, de modo muy similar al que un objeto pesado deforma un tejido elástico tenso y extendido. Einstein imaginaba que lo que entendemos como gravedad aquí en la Tierra, se trata solo de la deformación del espacio-tiempo. Sin embargo, no había un modo eficaz de demostrar esta idea en ese período. Einstein solo pudo derivar ecuaciones de campo teóricas para proporcionar cálculos estimados de las magnitudes de estas deformaciones a partir de valores de masas específicos, como la del sol.
Un descubrimiento astronómico
Sir Frank Watson Dyson, el astrónomo real británico, fue la persona que concibió un experimento que podía poner a prueba la existencia del espacio tiempo y la influencia que la masa tiene sobre este. De acuerdo a la teoría de Einstein, la luz originada por una estrella debía curvarse al pasar en la proximidad del sol; esta curvatura sería suficiente como para distinguir estrellas ubicadas directamente “atrás” del sol en una posición distinta a la que ellas mantenían en realidad. Sin embargo, Einstein no pudo capturar imágenes de las estrellas detrás del sol debido a débil luminosidad estelar en contraste a aquella generada por el astro rey… a no ser, propuso Sir Frank Watson Dyson, que se intentara durante un eclipse solar total. ¡Eureka!
Esto no se pudo llevar a cabo sino hasta el 29 de mayo de 1919, durante un eclipse total de sol. El eclipse pudo verse desde África hasta Brasil, y Sir Dyson y Sir Arthur Eddington encabezaron dos expediciones hermanas con la finalidad de obtener las pruebas necesarias. Las expediciones se dirigieron a Sobral, Brasil, y a la isla Príncipe, en África. Se tomaron más de una docena de fotografías del eclipse solar entre ambas ubicaciones, todas ellas se utilizaron para confirmar la teoría de Einstein y la precisión de sus predicciones.
Si bien se ven casi idénticas a simple vista, las estrellas que se observan alrededor del sol efectivamente se hallan en un lugar distinto al visto e interpretado desde la Tierra. Este fenómeno se denomina actualmente efecto de lente gravitacional y para Einstein significó la verificación de su teoría más importante. La gravedad tiene un impacto directo, práctico y tangible en el tiempo.
Desde el espacio-tiempo a la tecnología satelital
Después que se demostró la teoría de Einstein, seguimos observando el impacto que la relatividad general tiene a nuestro alrededor. La ciencia moderna cuantificó con un nivel tan alto de precisión las diferencias de la gravedad y sus efectos sobre el tiempo que si se va al laboratorio del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología estadounidense y uno se coloca en una posición 33 centímetros más arriba que un amigo durante 79 años, estaría envejeciendo más rápido que él por 90 mil millonésimas de segundo. Esto fue demostrado por el Instituto mediante un par idéntico de relojes de aluminio. Einstein no contaba con estos artefactos, pero su investigación demuestra su teoría sin necesidad de ellos.
Todo esto sirve para demostrar en el mundo moderno que los relojes funcionan a velocidades distintas en función de las distintas magnitudes de los campos gravitacionales a los que están expuestos. Dado que los satélites GPS circundan a una altitud de aproximadamente 20.000 km sobre la superficie de la Tierra, ellos experimentan una atracción gravitacional sumamente diferente a la que nos afecta a nosotros, de modo que sus relojes funcionan más rápidamente que aquellos en la Tierra… pero por poco. Cuando se lanzaron en 1977, los relojes atómicos de cesio a bordo de los satélites GPS se diseñaron para funcionar unos 38 µs más lentamente que los relojes en la Tierra, para permitir una sincronía con la relatividad general. Esta corrección temporal de precisión extrema, predicha por Einstein, permite que un módulo GPS nuevo y sin modificaciones pueda detectar su posición global con un margen de error de unos pocos centímetros.
Ver Productos relacionados
Ver Productos relacionados
Fuentes:
A Determination of the Deflection of Light by the Sun’s Gravitational Field, from Observations made at the Total Eclipse of May 29, 1919: Sir F. W. Dyson. 6 de noviembre de 1919.
Nist Pair of Aluminum Clocks Reveal Einstein’s Relativity at a Personal Scale. 23 de septiembre de 2010.