Noviembre de 1919: nace una estrella

p-04Cuando se trata de representar un científico, la imagen que regularmente surge es la de Albert Einstein a una edad avanzada (esto último es de llamar la atención; Einstein también fue un joven científico y varias de sus contribuciones más importantes en la física, aparecieron cuando él tenía alrededor de 26 años). A pesar de que el nombre de Einstein era conocido por la comunidad científica desde 1905, Einstein empezó a ser conocido públicamente en noviembre de 1919. Prácticamente de la noche a la mañana, Einstein se volvió una figura mundialmente reconocida. Esta fama repentina provino del reporte presentado el 6 de noviembre de 1919, sobre las observaciones realizadas en el eclipse total de Sol ocurrido en mayo de ese año, para verificar si las observaciones astronómicas estaban de acuerdo con una de las predicciones de la teoría general de la relatividad de Einstein.

En noviembre de 1915, cuando se desarrollaba la primera guerra mundial, Einstein concluyó la llamada teoría de la relatividad general, la cual es esencialmente una teoría acerca del campo gravitacional. De acuerdo con la física del siglo XVII, todos los cuerpos del universo están siendo afectados por fuerzas gravitacionales. Los efectos de la fuerza gravitacional pueden calcularse con gran precisión usando la llamada “ley de la gravitación universal”, formulada por Newton. Gracias a esa clase de cálculos se puede saber, por ejemplo, con enorme precisión dónde va a ser visible un eclipse de Sol, a qué hora comenzará y a qué hora terminará tal eclipse en un punto dado de la superficie terrestre. A pesar de la notable precisión de las leyes de Newton, después de que se estableció la teoría especial de la relatividad, alrededor de 1905, resultaba claro que estas leyes no pueden ser del todo aceptables puesto que no toman en cuenta la unidad del espacio-tiempo, que es un resultado de la relatividad especial. Entre 1907 y 1915 Einstein buscó una descripción de la fuerza gravitacional que fuera compatible con la unidad del espacio-tiempo.

Cuando estableció la teoría general de la relatividad en forma definitiva, Einstein calculó que la luz que pase cerca del borde del Sol debe desviarse por un ángulo de 1.75 segundos de arco. Una manera de apreciar lo pequeña que es esta desviación consiste en notar que un ángulo de 1.75 segundos de arco es el tamaño aparente de un lápiz de 15 centímetros de longitud visto a una distancia de 18 kilómetros. La conveniencia de considerar el Sol y no cualquier otro cuerpo del sistema solar, es que la masa del Sol es mucho mayor que las masas de otros cuerpos cercanos; por ejemplo, la masa de la Tierra es unas 330,000 veces menor que la masa del Sol; un cuerpo de masa menor produce una desviación proporcionalmente menor. El inconveniente de usar el Sol es que es un objeto muy brillante por lo que ordinariamente no podemos observar la luz que pasa cerca de su borde, procedente de otras estrellas. Sin embargo, durante un eclipse total de Sol, durante unos pocos minutos (unos siete minutos como máximo), la Luna nos oculta el disco del Sol y es posible observar entonces las estrellas. Comparando la posición de las estrellas alrededor del Sol durante el eclipse, con la posición de esas estrellas en otra época del año se debe notar la desviación mencionada. Otro problema es que los eclipses de Sol no son muy frecuentes y, cuando ocurren, no son visibles desde todos los lugares de la superficie terrestre. Como dato, el próximo eclipse total de Sol ocurrirá el 2 de julio de 2019 y será visible en el hemisferio sur, en partes de Nueva Zelanda, Chile y Argentina.

Alguien que estuvo al tanto del desarrollo de la teoría de Einstein fue el astrofísico británico Arthur S. Eddington. Su interés es particularmente notorio dada la dificultad de comunicación de los avances científicos en los años de la “gran guerra”. Sabiendo que el 29 de mayo de 1919 ocurriría un eclipse total de Sol, visible en lugares alejados de Europa, Eddington organizó dos expediciones cuyo objetivo era tomar fotografías (a través de telescopios) de la región alrededor del Sol durante el eclipse y ver si la luz de las estrellas se desviaba tal como la teoría de Einstein predecía, una de ellas a la isla de Príncipe (frente a la costa oeste de África), en la que participó Eddington, y la otra a Sobral, en Brasil.

Estando preparados para tomar fotografías durante la totalidad del eclipse, Eddington y sus colaboradores tuvieron una mañana de intensa lluvia y parecía que las nubes impedirían las observaciones. Afortunadamente, al acercarse la hora del eclipse, el cielo se despejó y lograron tomar dieciséis fotografías, aunque no todas ellas útiles; de hecho, sólo dos contenían buenas imágenes de estrellas. La expedición enviada a Brasil tuvo mejor suerte con el clima y pudo tomar ocho fotografías útiles.

El análisis de las fotografías llevó varios meses y, finalmente, el 6 de noviembre de 1919 se dieron a conocer públicamente los resultados: dentro del error inevitable del equipo empleado, las observaciones coincidían con lo calculado con la teoría de Einstein. El anuncio se difundió por varios periódicos importantes, e hizo que el público se familiarizara con el trabajo de Einstein (o con su imagen); al menos hizo que la gente hablara de la teoría de la relatividad, pensando que dice cosas que en realidad no dice.

Mientras que hace un siglo resultaba novedoso y complicado observar la desviación de la luz por un campo gravitacional, en la actualidad las observaciones de esta clase son una herramienta muy útil en la astronomía. Hoy se sabe que el Universo está poblado por una enorme cantidad de galaxias; la luz de las galaxias más lejanas se desvía cuando pasa cerca de otras galaxias que se encuentran en el camino, lo cual en ocasiones produce múltiples imágenes de los objetos lejanos. Entre otras aplicaciones de la desviación de la luz se han obtenido mapas de la distribución de la llamada “materia oscura”, la cual se supone que está repartida por todo el Universo y que incluso es más abundante que la materia “normal”. Hasta ahora la existencia de la materia oscura es una hipótesis propuesta para explicar diversas observaciones astronómicas, sin que se cuente con una evidencia más directa o se sepa cuál es su naturaleza.

Podemos preguntarnos ahora, un siglo después de las observaciones realizadas en 1919, ¿qué tan importante es el hecho de que la luz se desvíe en un campo gravitacional? La respuesta es que la desviación de la luz fue solo uno de varios fenómenos propuestos para poner a prueba la teoría de Einstein. Desde 1915 se sabía que el movimiento del planeta Mercurio, el cual no se describe perfectamente por la ley de Newton, sí se explica adecuadamente con la teoría de Einstein, así que las observaciones de 1919 no fueron la primera indicación de la validez de la teoría de Einstein, sino sólo la que recibió gran atención de la prensa.

 

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