La relatividad sigue firme

Una sonda de la NASA acaba de confirmar dos predicciones de la teoría de la relatividad general, que describe cómo la gravedad distorsiona el espaciotiempo. 

Las mediciones de alta precisión realizadas por la Gravity Probe B, lanzada en 2004, confirmaron dos aspectos de la teoría de Albert Einstein: el efecto geodético, también llamado precesión de de Sitter, y el arrastre referencial (frame dragging en inglés), también conocido como efecto de Lense–Thirring.

Ambos efectos son causados por el hecho de que la masa de cualquier cuerpo (en este caso la Tierra) deforma el espaciotiempo a su alrededor. En el efecto geodético, la presencia de la masa terrestre hace que el espacio se curve; la imagen tradicional usada para ilustrar esta curvatura es la de una bola pesada que se coloca sobre una lámina de goma tensada provocando un hundimiento de la misma. Cuando otro cuerpo pasa cerca de este hundimiento, su trayectoria tiende a curvarse hacia él. El arrastre referencial también es producido por la masa, pero se aplica a cuerpos rotatorios; la Tierra (en este caso) arrastra y “retuerce” consigo el espaciotiempo a su alrededor. La imagen más apropiada aquí es la de una bola introducida en un frasco de miel espesa, y que al girar enrosca en torno a sí la miel, líquida pero viscosa.

Uno de los giroscopios de la Gravity Probe B, junto con sus rotores.

Para medir estos efectos, la GP-B utilizó giroscopios, que son cuerpos radialmente simétricos a los que se hace girar sobre su eje (un trompo es un giroscopio). Un giroscopio bien construido, una vez que se ha puesto a girar y en tanto no sea perturbado por fuerzas exteriores, siempre lo hace sobre el mismo eje, aunque esté dentro de un contenedor en movimiento (por ejemplo, un satélite en órbita). Eso significa que un giroscopio es un dispositivo ideal para ubicarse con exactitud sin referencias externas; de ahí que se haya utilizado el principio para construir brújulas (girocompases).

La relatividad general predice que la curvatura del espaciotiempo producida por la masa de un cuerpo desviará levemente los ejes de los giroscopios situados cerca de él, haciendo que los ejes precesionen (es decir, que giren a su vez lentamente).

El experimento consistió en hacer rotar los giroscopios a unas 5000 revoluciones por minuto, con sus ejes apuntados en dirección a la estrella IM Pegasi, y medir cuánto se desviaban por efectos relativistas a medida que la GP-B giraba en torno a la Tierra en una órbita polar a unos 640 km de altura. El resultado: los ejes precesionan (se mueven) 1,8 milésimas de grado por año en dirección norte–sur debido al efecto geodético (“inclinándose” hacia el pozo de gravedad de la Tierra) y 1,1 millonésimas de grado por año en dirección este–oeste debido al arrastre referencial (“llevados” por la rotación terrestre que arrastra el espaciotiempo consigo).

El efecto total es minúsculo y es muy fácil perderlo entre las miles de influencias que pueden afectar el movimiento de los giroscopios. Por eso la comprobación de la GP-B no sólo es un hallazgo científico sino una proeza tecnológica: los cuatro giroscopios de abordo, hechos de cuarzo con una desviación de la forma esférica de no más de 40 átomos, están entre los objetos más perfectos producidos por el hombre.

Material adicional:

• The Gravity Probe B Experiment [PDF] (reporte oficial de la NASA sobre la misión).
• Measuring Spacetime Curvature with Orbiting Gyroscopes (animación Flash explicativa).

La relatividad sigue firme