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La NASA anuncia los resultados del Épico Experimento Espacio-Tiempo


04 de mayo 2011: Einstein tenía razón una vez más. Hay 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 anunciaron los resultados tan esperados del Gravity Probe B (GP-B).

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


Concepto artístico de la medición del GP-B de la curva espacio-tiempo alrededor de la Tierra. [más]

"Este es un resultado épico", 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", él predice, "esto será escrito en los libros de texto como uno de los experimentos memorables en la historia de la física."

Tiempo y espacio, de acuerdo con las teorías de Einstein de la relatividad, están entrelazados, formando una tela de cuatro dimensiones denominada "espacio-tiempo". La masa de la Tierra ahueca esta tela, al igual que si una persona pesada se sentase en el centro de una cama elástica. La gravedad, dice Einstein, es simplemente el movimiento de los objetos siguiendo las líneas curvadas de esa depresión.

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

La idea detrás del experimento es simple:

Ponga un giroscopio girando 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 - para siempre. 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 esféricos-super de la Sonda Gravity Probe B. [más]

Los cuatro giroscopios de la GP-B son las esferas más perfectas jamás hechas por el hombre. Estas esferas del tamaño de bolas de ping pong de cuarzo fundido y silicio 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 tambalearía 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 arcosegundos en un año. Un arcosegundo es 1/3600th de grado. Para medir este ángulo razonablemente bien, GP-B necesitó de una fantástica precisión de 0.0005 segundos de arco. Es como medir el espesor de una hoja de papel puesta de canto a 100 kilómetros de distancia.

"Los investigadores del GP-B han tenido que inventar un abanico de nuevas tecnologías para hacer esto posible", comenta Will.

Ellos desarrollaron un satélite "libre de arrastre" que podría deslizarse 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 penetrase 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 se pueden encontrar en Science@NASA historia "A Pocket of Near-Perfection".

Lograr el experimento fue un reto excepcional. Pero después de un año de toma de datos y casi cinco años de análisis, los científicos del GP-B parece que lo han hecho.

"Medimos una precesión geodésica de 6.600 más o menos 0,017 arcosegundos y un efecto de frame dragging de 0.039 más o menos 0,007 arcosegundos", 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 frame dragging es la cantidad de oscilación causada por la rotación de la Tierra (el giro en el espacio-tiempo). Ambos valores están de acuerdo con precisas 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 Gravity Probe B dan los físicos la confianza renovada de que las extrañas predicciones de la teoría de Einstein están 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 otros lugares del cosmos - alrededor de gigantes estrellas de neutrones, agujeros negro, y núcleos galácticos activos.


"Si tratas de girar un giroscopio en el severamente torcido espacio-tiempo alrededor de un agujero negro", dice Will, "no sería sólo una ligeramente precesión por una fracción de grado. El bamboleo Sería loco y posiblemente incluso girase sobre si."

En los sistemas binarios agujeros negros - es decir, cuando un agujero negro orbita alrededor de otro agujero negro - los agujeros negros están girando sobre si y por lo tanto se comportan como giroscopios. Imagine un sistema órbitando, girando, tambaleándose, volteando de agujeros negros! Ese es el tipo de la relatividad general predice y lo que GP-B nos dice que realmente puede ser verdad.

El legado científico de la GP-B no se limita a la relatividad general. El proyecto también tocó las vidas de cientos de jóvenes científicos:

"Debido a que se basó en universidad muchos estudiantes fueron capaces de trabajar en el proyecto", dice Everitt. "Más de 86 tesis de doctorado en Stanford, más 14 más en otras Universidades se les concedió a los estudiantes trabajando en el GP-B. Varios cientos de estudiantes universitarios y 55 estudiantes de instituto también participaron, incluyendo al astronauta Sally Ride y premio Nobel Eric Cornell".

La financiación de la NASA para el Gravity Probe B comenzó en el otoño de 1963. Eso significa que Everitt y algunos colegas han estado planeando, promocionando, construyendo, operando y análizando los datos del experimento más de 47 años -verdaderamente, un esfuerzo épico.

¿Qué será lo próximo?

Everitt recuerda algunos consejos que le dio su director de tesis y Premio Nobel Patrick M.S. Blackett: "Si no puedes pensar en lo siguiente que hará la física, inventa una nueva tecnología, y dará lugar a una nueva física."

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

2 comentarios - un experimento de la nasa

@LordJed
Un punto que tacaño. El chico se esforzó en copiar jejejeje