uno de los experimentos clásicos en la historia de la física

Einstein tenía razón otra vez.


Existe un vórtice espacio-tiempo alrededor de la Tierra, y su forma se adapta exactamente a las predicciones de la teoría de Einstein de la gravedad.

Los investigadores han confirmado estos puntos en una conferencia de prensa hoy en la sede de la NASA en el que anunció los resultados de la tan esperada de la Sonda Gravity Probe B (GP-B).


"El espacio-tiempo alrededor de la Tierra parece estar distorsionado, tal como lo predice la relatividad general", dice el físico Francis Everitt de la Universidad de Stanford, investigador principal de la misión de la sonda Gravity Probe B.

Concepto artístico de la GP-B
midiendo la curvatura del espacio-tiempo alrededor de la Tierra.
"Este es un resultado de la épica", añade Clifford Will de la Universidad de Washington en St. Louis.
Un experto en las teorías de Einstein, Will, preside un panel independiente del Consejo Nacional de Investigación creado por la NASA en 1998 para supervisar y examinar los resultados de la Sonda Gravity Probe B.


"Un día", predice, "esto estará escrito en los libros de texto como uno de los experimentos clásicos en la historia de la física."Tiempo y espacio, de acuerdo con las teorías de Einstein de la relatividad, están entrelazados, formando un tejido de cuatro dimensiones denominada "espacio-tiempo."

La masa de la Tierra ahueca este tejido, al igual que una persona pesada sentada en el centro de un trampolín elástico. La gravedad, dice Einstein, es simplemente el movimiento de objetos siguiendo las líneas curvadas de esa depresión.

Si la Tierra estuviera estacionaria, eso sería el final de la historia. Pero la Tierra no es estacionaria. Nuestro planeta gira, y el giro debería torcer ligeramente el hoyuelo, estirándolo hacia un remolino de cuatro dimensiones. Esto es a lo que GP-B fue al espacio en 2004, para comprobarlo.

La idea detrás del experimento es simple:


Ponga un giroscopio giratorio en órbita alrededor de la Tierra, con el eje de giro apuntando hacia alguna estrella distante como punto fijo de referencia. Libre de fuerzas externas, el eje del giroscopio debería seguir apuntando a la estrella - eternamente.

Pero si el espacio está curvado, la dirección del eje del giroscopio debería variar con el paso del tiempo. Observando este cambio en la dirección en relación con la estrella, los giros del espacio-tiempo pueden ser medidos.

En la práctica, el experimento es tremendamente difícil.


Uno de los giroscopios super-esféricos del Gravity Probe B.
Los cuatro giroscopios de la GP-B son las esferas más perfectas jamás hechas por el hombre.

Estas pelotas del tamaño de pelotas de ping pong de cuarzo fundido y silicón son de 1.5 pulgadas de diámetro y nunca varían de una esfera perfecta por más de 40 capas atómicas. Si los giroscopios no fuesen tan esféricos, sus ejes de giro se tambalearían aún sin los efectos de la relatividad.

Según los cálculos, el espacio-tiempo retorcido alrededor de la Tierra debería ocasionar que el eje de los giroscopios se moviera simplemente 0.041 arco-segundos en un año. Un arco-segundo es 1/3600avo de un grado. Para medir este ángulo razonablemente bien, GP-B necesitó de una fantástica precisión de 0.0005 arco-segundos.

Es como medir el espesor de una hoja de papel puesta de canto a 100 kilómetros de distancia."Los investigadores de la GP-B han tenido que inventar un conjunto de las nuevas tecnologías para hacer esto posible", comenta Will.
Ellos desarrollaron un satélite "libre de arrastre" que podría barrerse por las capas exteriores de la atmósfera de la Tierra sin alterar los giroscopios.

Ellos descubrieron la manera de evitar que el campo magnético de la Tierra penetre en la nave espacial. Y crearon un dispositivo para medir el giro de un giroscopio - sin tocar el giroscopio. Más información acerca de estas tecnologías pueden ser encontrados en la historia de Science@NASA "una Bolsa Cercana a la Perfección - A Pocket of Near-Perfection."

Realizar el experimento fue un reto excepcional.

Pero después de un año de toma de datos y casi cinco años de análisis, los científicos de la GP-B parecen haberlo logrado.


"Medimos una precesión geodésica de 6.600 más o menos 0,017 arco-segundos y un efecto de arrastre de marco de 0.039 más o menos 0,007 arco-segundos", dice Everitt.

Para los lectores que no son expertos en la relatividad: la precesión geodésica es la cantidad de oscilación causada por la masa estática de la Tierra (el hoyuelo en el espacio-tiempo) y el efecto de arrastre del marco es la cantidad de oscilación causada por la rotación de la Tierra ( el giro en el espacio-tiempo).

Ambos valores están en preciso acuerdo con las predicciones de Einstein."En la opinión de la comisión que yo presido, este esfuerzo fue verdaderamente heroico. Nos quedamos alucinados", dice Will. 
Concepto artístico del espacio-tiempo retorcido alrededor de un agujero negro.
Crédito: Joe Bergeron, de la revista Sky & Telescope.

Los resultados de la Sonda Gravity Probe B dan los físicos la confianza renovada de que las predicciones extrañas de la teoría de Einstein está en lo correcto, y que estas predicciones se pueden aplicar en otros lugares.

El tipo de vórtice espacio-tiempo que existe alrededor de la Tierra está duplicado y ampliado en otro lugar en el cosmos - alrededor de las estrellas masivas de neutrones, agujeros negros, y núcleos galácticos activos.
"Si usted tratase de hacer girar un giroscopio en un espacio-tiempo severamente retorcido alrededor de un agujero negro", dice Will, "no sólo precesionaría ligeramente por una fracción de un grado. Bambolearía alocadamente y posiblemente, incluso daría un vuelco."
En sistemas binarios de agujeros negros - es decir, en donde un agujero negro orbita alrededor de otro agujero negro - los agujeros negros mismos están girando y por lo tanto se comportan como giroscopios.


¡Imagine un sistema de agujeros negros orbitando, girando, tambaleándose, volcando! Ese es el tipo de cosas que predice la relatividad general, y lo que GP-B nos dice que realmente puede ser verdad.El legado científico de la GP-B no está limitado a la relatividad general. El proyecto también tocó las vidas de cientos de jóvenes científicos:"Debido a que tenía su base en una universidad, muchos estudiantes tuvieron la oportunidad de trabajar en el proyecto", dice Everitt.

"A más de 86 estudiantes con tesis de doctorado en Stanford, e en 14 otras Universidades más se les concedió trabajar en la GP-B. Varios cientos de estudiantes universitarios y 55 estudiantes de secundaria también participaron, incluyendo la astronauta Sally Ride y finalmente el laureado con el premio Nobel, Eric Cornell."

La financiación de la NASA para la Sonda Gravity Probe B comenzó en el otoño de 1963.

Eso significa que Everitt y algunos colegas han estado planeando, promocionando, construyendo, operando y analizando datos de la experiencia de más de 47 años - en verdad, un esfuerzo épico.

¿Qué será lo próximo?

Everitt recuerda algunos consejos que le dio su director de tesis y laureado con el Premio Nobel Patrick M.S. Blackett:


"Si usted no puede pensar en lo que la física hará próximamente, invente una nueva tecnología, y esto dará lugar a una nueva física."

"Bueno", dice Everitt, "inventamos 13 nuevas tecnologías para la Sonda Gravity Probe B. ¿Quién sabe dónde nos llevará?"

Esta epopeya podría justo estar comenzando, después de todo...