De acuerdo con la teoría de la Relatividad General de Einstein, la gravedad del Sol provoca que la luz de las estrellas se curve, cambiando la posición aparente de las estrellas en el firmamento.

Más tarde o más temprano, el reinado de Einstein, como el de Newton antes que él, terminará. La mayoría de los científicos creen que un trastorno en el mundo de la física que derrocará nuestra noción de la realidad básica es inevitable y actualmente está en marcha una carrera entre un puñado de teorías que compiten por ser las sucesoras del trono.

En la carrera están ideas como las de un universo con 11 dimensiones, constantes universales (como la de la fuerza de la gravedad) que varían con el espacio y el tiempo y sólo permanecen realmente fijas en una quinta dimensión invisible, cuerdas vibrantes infinitesimales como constituyentes de la realidad y una tela de espacio y tiempo que no es suave y continua, como Einstein creía, sino dividida en trozos discretos e indivisibles de tamaño casi inexistente. La experimentación determinará en última instancia cuál de ellas triunfará.|

Un nuevo concepto de experimento para probar las predicciones de la Relatividad de Einstein más precisamente que nunca antes está siendo desarrollado por los científicos en el Jet Propulsión Laboratory de la NASA (JPL). Su misión, la cual utiliza nuestro Sistema Solar como un laboratorio gigante, podría ayudar a estrechar el campo de teorías competidoras y nos acercaría un paso más a la próxima revolución en la física.

Una Casa Dividida

Puede no pesar en la mente de la gente, pero un gran cisma ha plagiado nuestra comprensión fundamental del universo. Existen dos formas de explicar la naturaleza y comportamiento del espacio, tiempo, materia y energía que actualmente existe: La Relatividad de Einstein y el “Modelo Estándar” de mecánica cuántica. Ambos son extremadamente eficaces. El Sistema de Posicionamiento Global (GPS), por ejemplo, no sería posible sin la Teoría de la Relatividad. Los ordenadores, las telecomunicaciones e Internet, sin embargo, se desprenden de la mecánica cuántica.

Los astrónomos utilizan las propiedades de la curvatura de la luz por la gravedad para observar las galaxias muy distantes – tales como las figuras arqueadas en esta imagen – en una técnica llamada “objetivo gravitacional”. [Más]

Pero las dos teorías son como dos lenguajes distintos, y no se está aún seguro de cómo traducirlas entre ellas. La relatividad explica la gravedad y el movimiento a base de unir el espacio y el tiempo en una tela elástica de realidad dinámica de 4 dimensiones llamada espacio-tiempo, la cual se curva y se comba por la energía que contiene. (La masa es una forma de energía, por lo tanto crea gravedad y comba el espacio-tiempo). La mecánica cuántica, por el contrario, asume el espacio y el tiempo como un “estado” inmutable y plano en el cual se revelan una suerte de distintas familias de partículas (algo que la relatividad no permite), y las interacciones entre esas partículas explican las fuerzas básicas de la naturaleza – con la manifiesta excepción de la gravedad.

Estas dos teorías han estado en punto muerto durante décadas. La mayoría de los científicos asumen que, de algún modo, con el tiempo, una teoría unificadora será desarrollada y sustituirá a las dos, mostrando que la realidad de cada una de ellas puede ajustarse eficazmente en una estructura de realidad simple y que abarque todo. Tal “Teoría del Todo” afectaría profundamente a nuestro conocimiento del nacimiento, evolución y destino final del universo.

Slava Turyshev, un científico del JPL, y sus colegas han pensado en una forma de utilizar la Estación Espacial Internacional (ISS) y dos mini satélites orbitando en el lado lejano del Sol para probar la teoría de la relatividad con una precisión sin precedentes. Su idea, desarrollada en parte con fondos de la Oficina de Investigación Física y Biológica de la NASA, sería tan sensible que podría revelar errores en la teoría de Einstein, de este modo, se adquirirán los primeros datos reales que se necesitan para distinguir cuál de las Teorías del Todo que compiten coinciden con la realidad y cuáles son meramente imaginaciones.

El experimento, llamado Test Astrométrico Láser de Relatividad (LATOR), observaría cómo la gravedad del sol desvía los rayos láser emitidos por los dos mini satélites. La gravedad curva el camino de la luz porque comba el espacio a través del cual la luz está pasando. La analogía estándar para esta comba es imaginar el espacio como una sábana de goma que se estira bajo el peso de los objetos como el Sol. La depresión en la sábana sería la causa de que un objeto (incluso una partícula de luz sin masa) que pasa cerca del Sol se desviase ligeramente sobre la marcha.

La curvatura del espacio debida a la masa del sol causó que las señales del Cassini se curvasen en su camino a la Tierra [Más]

De hecho, fue mediante la curva de la luz del sol durante un eclipse solar en 1919 cuando Sir Arthur Eddington comprobó por primera vez la teoría de la Relatividad General de Einstein. En términos cósmicos, la gravedad del Sol es bastante débil; el camino del rayo de luz rozando el límite del sol sólo se curvaría 1,75 arcosegundos (un arcosegundo es 1/3.600 grados). En los límites de la precisión de este equipo de medida, Eddington mostró que la luz solar se curvaba en efecto esta cantidad – y haciéndolo efectivamente se superó a Newton.

El LATOR mediría esta desviación en mil millones (109) de veces la precisión del experimento de Eddington y 30.000 veces la precisión del récord actual: una medida fortuita utilizando señales de la sonda Cassini en su camino para explorar Saturno.

“Creo que LATOR será un avance importante para la física fundamental”, dice Clifford Hill, profesor de física en la Universidad de Washington, quién ha realizado importantes contribuciones a la física post – Newtoniana y no está directamente implicado con el LATOR. “Debemos continuar intentando conseguir mayor precisión en probar la Relatividad General, simplemente porque cualquier tipo de desviación querría decir que existe una nueva física de la que no éramos conscientes antes”.

Laboratorio Solar

El experimento funcionará así: Dos satélites pequeños, cada uno de un metro de ancho, serán lanzados en una órbita circunvalando el Sol aproximadamente a la misma distancia que la Tierra. Este par de mini satélites orbitarían más lentamente que la Tierra, por lo que alrededor de 17 meses después del lanzamiento, los mini satélites y la Tierra estarían en lados opuestos del Sol. Incluso si los dos satélites estuviesen a 5 millones de kilómetros, el ángulo entre ellos tal y como se ve desde la Tierra sería pequeño, alrededor de un grado. Juntos, los dos satélites y la Tierra formarían un delgado triángulo, con rayos láser a sus lados, y uno de esos rayos pasando cerca del Sol.

Un diagrama esquemático de la misión LATOR propuesta

Turyshev planea medir el ángulo entre los dos satélites utilizando un interferómetro instalado en la ISS. Un interferómetro es un dispositivo que capta y combina rayos de luz. Mediante la medición de cómo las ondas de luz de los dos mini satélites “interfieren“ con el otro, el interferómetro puede medir el ángulo entre los satélites con una precisión extraordinaria: alrededor de 10.000 millonésimas de arcosegundo, o 0,01 µas (micro-arcosegundo). Cuando la precisión de las otras partes del LATOR se consideren, esto da una precisión para medir cuánta gravedad curva el rayo láser de 0,02 µas para una medición simple.

El interferómetro será instalado en los paneles solares de la ISS, que automáticamente rotan para encarar al Sol. Imagen cortesía de Slava Turyshev.

“Utilizar la ISS nos da unas cuantas ventajas”, explica Turyshev. “Para empezar, está por encima de las distorsiones de la atmósfera de la Tierra, y es suficientemente grande para permitirnos instalar las dos lentes del interferómetro bastante lejos (una lente al final de cada panel solar), lo que mejora la resolución y la precisión de los resultados”.

El 0,02 µas de precisión del LATOR es suficientemente bueno para revelar desviaciones de la Relatividad de Einstein predecida por las aspirantes a Teoría del Todo, la cual variará desde aproximadamente 0,5 a 35 µas. Coincidir con las medidas del LATOR sería una gran propulsión para cualquiera de esas teorías. Pero si no hay desviación de Einstein encontrada por el LATOR, la mayoría de los contendientes actuales – a lo largo de sus 11 dimensiones de espacio pixelado y constantes inconstantes – sufriría un pinchazo fatal y “pasarían” a esa librería polvorienta en el cielo.

Debido a que la misión requiere sólo de tecnología existente, Turyshev dice que el LATOR podría estar listo para volar como pronto en el 2.009 o 2.010. Por lo que no estaremos durante mucho hasta que el punto muerto en física se rompa y una nueva teoría de la gravedad, espacio y tiempo tome el trono.