La ciencia también tiene sus sagas: historias más grandes que la vida, legados que se trasmiten de generación en generación, predicciones que marcan el trabajo de otros investigadores décadas después de haber sido planteadas. Y la detección de las ondas gravitacionales (junto al bosón de Higgs, el descubrimiento más importante de la física en lo que va de siglo) es sin duda una de ellas.

 

Prólogo: junio de 1905

Muchos años después, frente a la Academia Prusiana, el profesor Albert Einstein habría de recordar aquella tarde remota en que terminó de escribir «Sobre la electródinámica de los cuerpos en movimiento».

Aunque resulte más novelesco decir que, por entonces, no podía imaginar la trascendencia que tendría su artículo, lo cierto es que en una carta de mayo de 1905 ya le comentaba a su amigo, Cornad Habicht, que estaba redactando «… un tosco borrador de una electrodinámica de los cuerpos en movimiento que emplea una modificación de la teoría del espacio y el tiempo». Ni más ni menos.

El motivo de su euforia era que, a principios de 1905, Einstein ya estaba barajando los dos postulados que lo conducirían a su descubrimiento: lo que él llamaba «el principio de relatividad» (básicamente, que las leyes fundamentales de la física son las mismas para alguien que se encuentre en reposo que para alguien que se mueva a velocidad uniforme) y el «postulado de la luz», que él mismo definió de la siguiente manera:

«La luz se propaga siempre en el espacio vacío con una velocidad definida V que es independiente del estado de movimiento del cuerpo que la emite».

Pero, como en toda buena historia, las cosas no fueron sencillas. Una velocidad de la luz constante (sin importar el sistema de referencia) resultaba incompatible con la concepción de un tiempo y espacio absolutos que se tenía hasta entonces. Y debido a esa incongruencia, el artículo estuvo atascado durante meses.

En la excelente biografía Einstein: su vida y su universo (Debate, 2008), Walter Isaacson relata el momento en que arribó a la solución de un modo casi cinematográfico.

«Hacía un hermoso día en Berna —según recordaría el mismo— cuando Einstein pasó por casa de su mejor amigo, Michele Besso (…). Muchos días iban andando juntos al trabajo, y en aquella ocasión Einstein le habló a Besso del dilema que le traía de cabeza.

—Voy a tener que dejarlo correr —le dijo Einstein en cierto momento.

Pero mientras hablaban —recordaría más tarde— “de repente di con la clave del problema”. Al día siguiente, cuando se encontró con Besso, Einstein se hallaba en gran estado de excitación. Saltándose el saludo pasó a declarar de inmediato:

—¡Gracias! He resuelto completamente el problema.

Solo pasaron cinco semanas entre aquel momento de eureka y el día en que Einstein envió el que sería su artículo más famoso: “Sobre la electródinámica de los cuerpos en movimiento”».

Un artículo en el que planteaba que el tiempo y el espacio no podían ser definidos de manera absoluta, sino que dependían del sistema de referencia desde el cual se los midiera.

Había nacido la teoría de la relatividad especial.

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Capítulo uno: la espada de Newton (1905-1915)

Era inevitable: la velocidad de la luz le recordaba siempre la instantaneidad de la gravedad de Newton. El joven Albert Einstein lo percibió desde que publicó su artículo todavía desconocido…

En efecto, allí se encontraba la espada de Damocles de su teoría. Según Newton, cunado un objeto masivo cambiaba de lugar, todo el campo gravitatorio (¡del universo!) cambiaba instantáneamente con él. Según Einstein, nada (ni siquiera la fuerza de la gravedad) podía desplazarse más rápido que la luz.

A resolver esa incongruencia dedicó la mayor parte de sus esfuerzos durante los siguientes diez años. De hecho, supo casi desde el principio que para generalizar su teoría de la relatividad debería convertirla en una nueva teoría de la gravitación.

Todos sus esfuerzos terminaron cuajando en un último mes de frenética actividad, noviembre de 1915. A lo largo de aquellas semanas (al tiempo que ultimaba sus ecuaciones) fue presentándole sus descubrimientos a la Academia Prusiana en cuatro conferencias que han pasado a la historia.

Tan simultáneos fueron ambos procesos que el 4 de noviembre, el día en que dio su primera charla, no había logrado aún que estas fueran «generalmente covariantes» (es decir: no había dado aún con las ecuaciones definitivas).

Para complicar más las cosas, por entonces había un matemático (Hilbert) que, basándose en los trabajos de Einstein, intentaba adelantársele en la resolución de la teoría… y lo cierto es que le pisaba los talones. (Había un protagonista, un antagonista y una carrera contrarreloj… ¿Cómo es que a nadie se le ha ocurrido todavía hacer una película?)

En un final digno de Hollywood, el 25 de noviembre de 1915 (¡en su última conferencia ante la Academia Prusiana!) Einstein expuso sus (recién halladas) ecuaciones de la teoría de la relatividad general en una conferencia titulada «Las ecuaciones de campo de la gravitación».

¿Y qué planteaban? Que la gravedad es, en realidad, una deformación (curvatura) del espacio-tiempo debida a la masa de los objetos que alberga, al tiempo que dicha deformación afecta el movimiento de los objetos albergados.

Al describir la gravedad de este modo, la teoría plantea también que cualquier cambio en la deformación del espacio-tiempo (es decir, en el campo gravitatorio) se propagará por el universo a la velocidad de la luz. Con lo cual, por una parte, Einstein superaba la «instantaneidad» de la gravedad de Newton, y por otra, predecía la existencia de un frente de expansión de esos cambios en el campo gravitatorio. O, para decirlo con menos palabras: predecía la existencia de las ondas gravitacionales.

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Capítulo dos: la demostración (1919)

El día en que lo iba a demostrar, Arthur Eddington se levantó temprano para esperar el eclipse que cambiaría la física.

Era el 29 de mayo de 1919 y el astrónomo inglés se hallaba en la cima de un risco, en el norte de la isla de Príncipe (África). Allí había montado todo el equipo necesario para fotografiar un eclipse de sol. Pero lo cierto es que no las tenía todas consigo: las nubes eran traicioneras y (por desgracia) solían ubicarse bastante por encima de los 150 metros en los que él estaba.

En el momento crucial del eclipse las nubes fueron y vinieron (tapando y destapando el sol), mientras él se centraba en cambiar las placas.

Claro que Eddington (como buen inglés) había previsto esa posibilidad y enviado a un segundo equipo al otro lado del Atlántico; concretamente a Sobral, un pueblo perdido de la selva amazónica, al norte del Brasil. Sin embargo (también como buen inglés), prefería fiarse de sus propios datos (cosa que terminó haciendo, de hecho, a la hora de evaluar las placas).

¿Y por qué fue tan importante aquel eclipse?

Porque la teoría de la relatividad general predecía que la luz de una estrella que pasase cerca del sol sería desplazada por su campo gravitatorio. Y lo hacía con gran precisión. En su libro de divulgación Sobre la teoría de la relatividad especial y general (publicado originalmente en 1916) el propio Einstein planteaba:

«Las estrellas deberían aparecer desplazadas en dirección contraria al Sol 1,7 segundos de arco en comparación con su posición aparente en el cielo cuando el Sol está situado en otra parte del firmamento».

Obviamente, para poder comprobarlo era necesario que se produjera un eclipse de Sol (si apenas divisamos estrellas durante el día, menos aún podríamos ver aquellas «ubicadas» junto a él). Por fortuna, el eclipse de 1919 fue particularmente propicio para hacerlo dado que el 29 de mayo el Sol estaría en medio del cúmulo de las Híades, un abarrotado conjunto de estrellas en la constelación de Tauro.

Con todo, Eddington necesitó seis meses para reunir las placas de ambas expediciones, comparar los datos observacionales con las predicciones de Einstein y llegar a una conclusión. Sus resultados fueron expuestos el 6 de noviembre de 1919 en Burlinton House, ante la Real Sociedad Astronómica, y ratificaron a Albert Einstein como uno de los científicos más importantes de la historia.

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Capítulo cuatro: Y sin embargo…

Durante el último siglo las ideas de Einstein se metieron por los resquicios de nuestra vida cotidiana, destrozaron a picotazos nuestra visión del universo y removieron con sus alas el tiempo estancado en su interior…

Y, sin embargo, fue necesario esperar hasta 2016 para hallar pruebas empíricas de su primera predicción: las ondas gravitacionales.

Siendo justos, hay que decir que el propio Einstein llegó a dudar de su existencia, como se explica en un interesante artículo de la revista Astronomy:

«En 1936, veinte años después de introducir el concepto, el gran físico revisó sus matemáticas y llegó a una sorprendente conclusión.

“Junto a un joven colaborador, llegué al interesante resultado de que las ondas gravitacionales no existen, aunque hayan sido asumidas como una certeza en una primera aproximación”, escribió en una carta a su amigo Max Born.

Einstein expuso su cambio de postura en un artículo enviado al Physical Review y titulado “¿Existen las ondas gravitacionales?”. El revisor pronto detectó problemas en las matemáticas, mostrando cómo el sistema de coordenadas de Einstein carecía de imaginación cuando tenía que lidiar con molestas singularidades».

Einstein terminó admitiendo su error y volvió a reconocer la existencia de las ondas gravitacionales como derivadas de su teoría. No obstante, siguió creyendo hasta el final de su vida que, a su llegada a la Tierra, serían demasiado débiles para ser detectadas.

Y lo cierto es que en el momento en que lo dijo tenía razón. Fueron necesarios muchos años, muchos intentos y espectaculares avances tecnológicos para lograrlo.

Una historia que involucra hombrecitos verdes, y púlsares de período variable, y experimentos en la Antártida, y túneles subterráneos… Pero como toda buena saga debe tener sus cliffhangers, esa historia te la contaré en el próximo artículo.

To be continued…

cliffhanger

 

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