Se publica la verificación experimental más precisa de las teorías de Einstein hasta la fecha
La revolucionaria teoría de la relatividad general de Einstein ha sido confirmada en innumerables experimentos, hasta el punto de que es vista dentro de la propia comunidad científica como una de las teorías más veces comprobada por otros estudios. Y ha vuelto a ocurrir, con uno grande.
Un equipo internacional de científicos acaba de terminar de analizar la enorme cantidad de datos recogidos por el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (Dark Energy Spectroscopic Instrument), o DESI. Se trata de un aparato científico operado por el Laboratorio Nacional de Berkeley y diseñado específicamente para el estudio de la gravedad a grandes escalas espaciales y temporales, y ha confirmado (una vez más) la increíble exactitud de las predicciones teóricas de la relatividad general de Albert Einstein, formulada hace más de un siglo y considerada una de las piedras angulares de la física moderna. Los resultados del estudio (publicados aquí), que «recorrió» miles de millones de años de la evolución del Universo, representan la verificación experimental más precisa de las teorías de Einstein hasta la fecha: «La relatividad general “, explica Pauline Zarrouk, cosmóloga del Centro Nacional de Investigación Científica francés (CNRS) y coautora del artículo, ”se ha probado ampliamente a la escala espacial del Sistema Solar, pero era necesario validarla a escalas mucho mayores. Estudiar el ritmo de formación de las galaxias nos permitió hacerlo, y de momento hemos observado que todo encaja, incluso a escalas cosmológicas«.
Lo que dice la relatividad general
La teoría de la relatividad general fue formulada en 1915 por Einstein, y fue descrita por Max Born, otro Premio Nobel de Física, como «la combinación más asombrosa de perspicacia filosófica, intuición física y habilidad matemática«. La teoría se inspiró en las conclusiones a las que había llegado el propio Einstein en 1905 cuando desarrolló la relatividad especial, otra teoría que resolvía las contradicciones entre las ecuaciones de Maxwell relativas al electromagnetismo y la relatividad galileana. El problema en cuestión radicaba en que la relatividad especial, a su vez, estaba en contradicción con la teoría de la gravitación universal de Newton: así que Einstein, para «corregir» la gravedad, elaboró una ecuación de campo que revolucionó por completo su definición. Según esta ecuación, que es el núcleo de la relatividad general, la fuerza gravitatoria no es más que la manifestación de la curvatura, o deformación, del llamado espacio-tiempo, el «tejido» cuatridimensional del que está hecho el Universo. Como decíamos, la teoría ha sido ampliamente probada: la primera confirmación llegó ya en 1919, con ocasión de un eclipse de Sol. En efecto, el astrónomo Arthur Eddington consiguió observar algunas estrellas muy próximas al borde del Sol, que deberían haber sido invisibles porque se encontraban detrás del propio Sol (respecto al punto de vista de un observador terrestre). El fenómeno se produjo porque, como predijo Einstein, la luz de las estrellas también es desviada por la curvatura del espacio-tiempo producida por la masa del Sol. A esta comprobación siguieron muchas otras: la última, solo en orden de tiempo, fue la observación de una supernova lejana cuya luz se divide en cuatro trayectorias distintas debido, de nuevo, a la curvatura del espacio-tiempo (en la jerga científica, el efecto se denomina ‘lente gravitatoria’), dando lugar a la llamada ‘cruz de Einstein’.
Los nuevos resultados del DESI
El experimento DESI se diseñó para responder a una pregunta estrechamente relacionada con una especie de «anomalía» en el comportamiento de la gravedad. Sabemos (desde los tiempos de Newton) que la gravedad es una fuerza de atracción; eso quiere decir, que tiende a acercar los cuerpos con masa. También conocemos que, a partir del Big Bang, el Universo comenzó a expandirse, y que sigue haciéndolo en la actualidad. Sin embargo, también parece que la expansión del Universo se produce de forma acelerada, cada vez más deprisa, lo que es aparentemente incompatible con la acción «frenadora» de la gravedad, que en cambio debería actuar para mantener unida la materia. Para superar este problema, los físicos han planteado la hipótesis de la existencia de otro tipo de energía, la llamada energía oscura, que debería ser la responsable de esta acción «contraria» a la gravedad y, por tanto, de acelerar la expansión del Universo. La cuestión es que no sabemos nada de esta energía; no sabemos si existe realmente, no sabemos qué se supone que es, ni de dónde viene o cómo actúa. Otra posibilidad es que la gravedad funcione de forma diferente, quizá no ‘atractiva’, a escalas espaciales cosmológicas.
Y, precisamente para poner a prueba esa hipótesis, se diseñó DESI, un experimento en el que participan más de 900 científicos de 60 instituciones diferentes de todo el mundo. Los estudios que acaban de publicarse se refieren al primer año de datos recogidos por el instrumento, que incluyen el análisis de más de 6 millones de galaxias y cuásares durante 11,000 millones de años de evolución cósmica. Esencialmente, pudimos echar un vistazo al pasado del Universo, remontándonos a la época en que tenía «solo» tres mil millones de años, y el análisis de los científicos confirmó que, incluso en escalas espaciales y temporales cosmológicas, la gravedad se comporta exactamente como predijo Einstein: «Intentamos poner límites a cómo se mueve la materia en el Universo y cómo evolucionan los cúmulos de galaxias «, explicó Mustapha Ishak-Boushaki, profesor de física de la Universidad de Texas en Dallas que codirigió el experimento, «y nuestros resultados, combinados con los de otros experimentos, confirmaron que la teoría de la relatividad es cierta incluso en estas escalas espaciales. Sin embargo, no podemos descartar por completo otras teorías de la gravedad modificada«. En resumen, el discurso aún no está cerrado, y habrá que seguir buscando.
Lo que sucederá después
Los experimentos y el análisis de datos continúan: la colaboración DESI estudia actualmente otros tres años de observaciones, y espera publicar nuevos resultados sobre la expansión del Universo en la primavera del año que viene. «Se supone que la energía oscura constituye alrededor del 70% de nuestro Universo, y aún no sabemos lo que es», explica Mark Maus, investigador de la Universidad de California Berkeley, quien trabaja en modelos para validar los nuevos análisis. «El hecho de que ahora seamos capaces de ‘tomar’ imágenes tan detalladas del Universo y abordar cuestiones tan fundamentales es alucinante».
Además de su trabajo sobre la gravedad y la energía oscura, entre otras cosas, DESI también ha aportado nueva información sobre el neutrino, la única partícula fundamental cuya masa aún no hemos podido determinar con precisión: sus observaciones han permitido establecer un límite superior para la suma de las masas de tres tipos de neutrino, que ya no puede ser superior a 0.071 eV/c2 (electronvoltios sobre la constante cosmológica al cuadrado).
Artículo originalmente publicado en WIRED Italia. Adaptado por Mauricio Serfatty Godoy.