Puedo escuchar a Dios, pensando

El 8 de marzo de 1919, con algunos cestos bien cubiertos, ya que contenían las cajas que protegían los lentes objetivos de varios telescopios, salieron de Liverpool dos expediciones de astrónomos. Una iba a Sobral, en Brasil, y la otra a la Isla del Príncipe, en Nueva Guinea.

La expedición a Sobral estaba inicialmente compuesta por Charles Davidson y el Padre Aloysius Cortie, quien después cedió su lugar a Andrew Crommelin. Luego de algunas esperas, cambio de barco y tomar un tren, llegaron a Sobral cerca del 30 de abril. Se instalaron en el Jockey Club procediendo inmediatamente al montaje y pruebas de los telescopios, uno de 4 pulgadas y el Telescopio Astrográfico de Greenwich.

La otra expedición estaba liderada por Arthur Eddington y Edwin Cottingham, compartieron el tramo hasta Madeira con Davidson y Crommelin. Allí esperaron hasta el 9 de abril y tomaron otro barco, el “Portugal”, llegando a la Isla del Príncipe el 23 de abril. Ya en tierra hicieron un tramo en tren y luego cruzaron el bosque ayudados por los nativos y se instalaron en una plantación privada. Al igual que la otra expedición, procedieron a instalar el Telescopio Astrográfico de Oxford, ya que todo debería estar listo para el eclipse total de Sol del 29 de mayo de ese año.

Para estas costosas expediciones se solicitó un apoyo al comité de becas del gobierno inglés de 100 libras esterlinas para instrumentos y 1,000 para el viaje. Este gran esfuerzo, de varios años y en época de guerra, era para probar la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein.

 

Einstein y Newton

Isaac Newton pensó en la gravedad como una fuerza y pudo explicar virtualmente todo. La fuerza de la gravedad nos mantiene sentados en una silla, caminando sobre el suelo y mantiene a la Luna orbitando alrededor de la Tierra. Mantiene al sistema solar unido y domina las interacciones entre estrellas y galaxias. Su dominio perduró durante más de dos siglos.

Sin embargo, en 1859, cuando se tuvo la capacidad para realizar observaciones más precisas, se encontró que la órbita de Mercurio, calculada clásicamente, no correspondía con los datos observacionales, ni siquiera al tomar en cuenta todos los posibles efectos gravitacionales (como los de los otros planetas) sobre el planeta. Resultó que el perihelio de Mercurio precesaba, esto es, que la elipse descrita por su órbita gira muy lentamente sobre su plano, de esta forma, al completarse una vuelta, el eje mayor, de la elipse, apunta en una dirección un poco diferente.

En 1915, Albert Einstein presentó una teoría nueva y revolucionaria de la gravitación, conocida como la Teoría de la Relatividad General. Esta nueva teoría describe geométricamente la manera en que la materia y la energía doblan el espacio-tiempo, dando lugar a la gravedad. Mientras más fuerte sea el campo gravitacional mayor será la curvatura del espacio-tiempo.

Las partículas y los rayos de luz viajan a lo largo de las trayectorias más cortas posibles, que en este espacio-tiempo curvado, corresponden a trayectorias curvas y no a rectas. Debemos mencionar también que la Relatividad funciona para campos gravitacionales muy fuertes, mientras que las interacciones gravitacionales que se dan en el sistema solar son muy débiles, por lo cual sus efectos no son fácilmente observables. Aun así, cuando Einstein aplicó su teoría para explicar la precesión del peri-helio de Mercurio, encontró que sus cálculos coincidían con la trayectoria observada.

Este fue un gran acierto de la nueva teoría, pero no era suficiente sólo explicar en una forma diferente los fenómenos ya conocidos y observados, sino que era necesario predecir otros. Einstein se dio a la nada fácil tarea de pensar en algunos experimentos realizables/observables, encontrando que durante un eclipse total de Sol se podría medir la deflexión de la luz.

 

La deflexión de la luz

La Teoría de la Relatividad predice que un rayo luminoso, al pasar por un campo gravitatorio, debe sufrir una desviación análoga a la que sufre un cuerpo que es lanzado a través de ese campo. Esto es, un haz de luz que pasa a través del espacio curvo alrededor del Sol, debe ser deflectado.

La desviación que sufre un haz de luz al pasar cerca del Sol se mide por el ángulo que forman dos rectas; el haz de luz cuando no lo afecta el Sol (porque no está o porque pasa muy lejos de él) y la trayectoria que tiene cuando pasa cerca de él, y que por lo tanto está modificada. Einstein había considerado que este efecto era inobservable, pero posteriormente corrigió esta consideración y notó que el ángulo de desviación sería pequeño pero medible (1.75”) para una estrella que se encuentra muy cerca del disco solar. Se requería evidentemente de un eclipse, y el del 29 de mayo ofrecía una excelente oportunidad ya que se contaba con un gran número de estrellas brillantes en el campo donde estaría el Sol durante la totalidad.

En la práctica, durante la totalidad del eclipse se toman placas fotográficas de las estrellas que se encuentran en la vecindad del Sol, y además se toman otras placas de las mismas estrellas cuando el Sol se encuentra en otra posición. Y se comparan.

La posición de las estrellas en las fotografías tomadas durante el eclipse de Sol deben estar desplazadas radialmente hacia afuera con respecto a sus posiciones en las fotografías de comparación, en un ángulo 1,75”, para las estrellas más cercanas al Sol, ya que para las más lejanas el efecto se hace imperceptible.

 

Confirmación observacional

Los dos equipos estaban listos para verificar la teoría durante el eclipse solar.  Mientras que en Sobral tuvieron buenas condiciones, en Príncipe, desde el 10 de mayo no hubo lluvia, excepto el día del eclipse cuando cayó una tormenta unas horas antes del mismo. Aun así, se obtuvieron 16 placas con exposiciones de entre 2 y 15 segundos.

En Sobral se obtuvieron 19 placas con el astrográfico, con 5 y 10 segundos de exposicíon, y ocho con un telescopio de 4 pulgadas, que se llevó de refuerzo, con exposiciones de 28 segundos cada una.

Mientras que de Isla del Príncipe salieron el 12 de junio y llegaron a Liverpool el 14 de julio, el equipo de Sobral debió esperar hasta julio ya que se hicieron tomas de comparación debido a complicaciones con uno los telescopios. Salieron de Sobral el 22 de julio y llegaron a Greenwich el 25 de agosto

Luego del análisis de las placas, varias fueron deshechadas, los resultados de la expedición a Isla Príncipe arrojaron un valor de 1.61 ± 0.3″ y la expedición a Sobral obtuvo un valor de 1.98 ± 0.12″. A pesar del buen resultado, Eddington y colaboradores recomendaron repetir el experimento. Tres años después, en un eclipse en Australia, se obtuvo un valor de 1.72 ± 0.11″.

Los resultados de la expedición se presentaron en un congreso conjunto de la Royal Society y la Royal Astronomical Society en Londrés el 6 de noviembre de 1919. La prensa publicó esta noticia y Einstein pasó a sustituir a Newton como el científico más popular de todos los tiempos. Gracias a los eclipses totales solares fue posible agregar una prueba más sobre la validez de la Teoría de la Relatividad.

Eddington era quien mejor comprendía el significado y contenido de la Relatividad, como se puede apreciar en este extracto de su discurso en la Royal Astronomical Society, en 1919:

“Ninguno de nosotros puede saber qué es el mundo, como solíamos saberlo. Einstein dice que el tiempo no es el mismo para todos, sino diferente para cada uno de nosotros. Es muy difícil concebir tales puntos de vista separados, tales formas relativas de ver. Hoy, es el primer día de un mundo nuevo, en el que es mucho más difícil de vivir, menos certero, más solitario, pero que tiene en su corazón el esfuerzo humano. Un hombre nos ha mostrado cómo mira lo que un hombre puede hacer. En el trabajo de este hombre, en la hermosa complejidad del nuevo universo que nos ha mostrado. Por mi parte, no tengo ninguna duda de que puedo escuchar a Dios, pensando”.

 

* rmujica@inaoep.mx