Nota del Editor: Don Lincoln es un científico sénior en el Laboratorio Fermi del Acelerador Nacional. Es el autor de “The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind”. También produce una serie de videos educativos sobre ciencia. Síguelo en Facebook. Las opiniones expresadas en este artículo son propias del autor.
(CNN) Para declarar lo obvio, Albert Einstein fue una de las mentes científicas más inteligentes e impactantes de la historia, con un largo historial de predicciones asombrosas. Esas predicciones se han probado en el mundo real y siempre se han verificado.
Por supuesto, en ciencia, solo eres tan bueno como tu último cálculo exitoso y eso significa que los científicos están constantemente trabajando en nuevas formas de probar las ideas de Einstein. Los astrónomos han realizado recientemente una medición emocionante y novedosa de su teoría de la relatividad.
La teoría de la relatividad de Einstein, que desarrolló a lo largo de un período de años, hace que las predicciones sean asombrosas: que los relojes en movimiento funcionan más lentamente que los estacionarios y que, al medirse, los objetos son más cortos cuanto más rápido se mueven. Cuando agregó la gravedad a su pensamiento, dedujo que los relojes funcionan más lentamente cuando están en regiones de alta gravedad. También predijo que la luz emitida en un lugar donde la gravedad es fuerte se enrojecerá a medida que se desplaza a lugares donde la gravedad es más débil.
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Pero eso no significa que los científicos contemporáneos acepten complacientemente su teoría de la relatividad como un hecho incuestionable. Ahora han tratado de responder a una nueva pregunta: ¿Son las predicciones de Einstein válidas en un entorno con un campo gravitatorio mucho más fuerte que el que se encuentra en la Tierra?
Era necesario hacerse un nuevo experimento y los agujeros negros, los cascos quemados de estrellas masivas con fuerzas gravitacionales tan fuertes que la luz ni siquiera puede escapar, proporcionan el entorno perfecto para poner a prueba, una vez más, la teoría de la relatividad de Einstein.
En el centro de casi todas las galaxias hay un enorme agujero negro. En nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, se asienta uno con una masa de aproximadamente 4 millones de veces la de nuestro sol. Se llama Sagittarius A*, por su ubicación en la constelación de Sagittarius.
El agujero negro no está solo, sino rodeado de estrellas que lo orbitan muy cerca y, a veces, en órbitas altamente elípticas. Y eso es clave para la nueva medición. Una estrella con el nombre de S2 ha pasado cerca de Sagittarius A*, viajando a través de una región de gravedad que es aproximadamente un millón de veces más alta que la que se puede experimentar en la Tierra.
Hay una característica central de la relatividad general llamada invariancia de posición local, o LPI, que establece que cualquier medición realizada en un objeto que cae libremente debe ser idéntica, ya sea en un campo gravitacional fuerte o en ninguna. Eso suena un poco complicado, pero en realidad no es diferente a decir que el reloj de pulsera de un paracaidista debería funcionar igual durante un salto en paracaídas que el mismo reloj de un astronauta en el espacio profundo, donde no hay gravedad. Ese reloj debería funcionar igual para un paracaidista hipotético en Júpiter, que tiene una gravedad mucho más fuerte que la Tierra.
Esencialmente, si el LPI es verdadero, entonces las mediciones deben ser completamente ciegas para saber si ocurren en un campo de gravedad o no. Si una medida invalida el LPI, también invalida la teoría de Einstein.
No es posible obtener un cronómetro cerca de una estrella distante o un agujero negro, por lo que los científicos necesitan encontrar un medio de comparación diferente. Las estrellas están formadas predominantemente por dos elementos atómicos, hidrógeno y helio. Cada elemento emite un conjunto único de colores, y cada color tiene una frecuencia diferente. Esto se ha medido bien en el entorno gravitatorio bajo de la Tierra, y los científicos querían ver si los elementos emitían los mismos colores en un campo gravitatorio fuerte. Si no lo hicieran, eso invalidaría la LPI.
Por lo tanto, para realizar la prueba, los científicos observaron la luz emitida por S2 cuando se sumergió en el fuerte campo gravitacional de Sagittarius A*. Ahora, debido a que la luz emitida por la estrella se movió desde la gravedad fuerte cerca de un agujero negro a la gravedad débil en la Tierra donde los científicos estaban haciendo sus observaciones, se espera que los colores aparezcan más rojos en la Tierra de lo que eran cuando la estrella los emitió. Sin embargo, el color de la luz emitida por el hidrógeno y el color de la luz emitida por el helio deben enrojecerse en la misma cantidad.
Y eso es exactamente lo que observaron los científicos. Ambos elementos emitieron las mismas longitudes de onda de luz cuando cayeron a través del fuerte campo gravitatorio del agujero negro que emiten en el débil campo gravitatorio de la Tierra. La teoría de la relatividad general de Einstein fue nuevamente validada, y los hallazgos se publicaron el mes pasado en Physical Review Letters.
Si bien esta medida es claramente un triunfo científico, los investigadores no se están durmiendo en sus laureles. Una nueva instalación, llamada el Telescopio Extremadamente Grande, podrá hacer pruebas aún más precisas de la relatividad general, por lo que podemos estar seguros de que habrá más mediciones por venir.
Podrías preguntarte por qué los científicos cuestionan constantemente teorías bien establecidas como la de Einstein, pero esa es simplemente la naturaleza de la ciencia. Ninguna predicción científica se toma para ser sacrosanta. Al igual que las ideas de gravedad de sir Isaac Newton que se desarrollaron en la década de 1670 fueron reemplazadas por las de Einstein, los científicos esperan que las teorías de Einstein finalmente sean reemplazadas por algo mejor. Hasta entonces, la teoría de la gravedad de Albert Einstein continuará con su reinado supremo.