Prueba superada para Albert Einstein… de nuevo. La publicación de la primera imagen de un agujero negro, en abril de 2019, ha servido, entre otras cosas, para brindar nueva evidencia que confirma algunos de los postulados de la teoría de la relatividad general. Esta es la tesis del campo gravitatorio y de los sistemas de referencia generales, que el físico alemán publicó entre 1915 y 1916.
La teoría no solo describe la forma en que la materia deforma el espacio-tiempo.También predice la existencia misma de agujeros negros. Esto incluye el tamaño de la sombra proyectada por un agujero negro en el brillante disco de material que gira alrededor de algunos de los objetos densos.
Y la icónica imagen del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87 -a unos 55 millones de años luz de distancia-, mostró que la sombra coincidía estrechamente con las predicciones de la relatividad general sobre su tamaño. En otras palabras, Albert Einstein acertó, otra vez.
Pregunta con respuesta, pero…
Esta semana, un equipo de científicos del Event Horizon Telescope (EHT), publicó un estudio. En esta investigación responden a la pregunta de si el tamaño del agujero negro de M87 consistente con la relatividad general. La conclusión es afirmativa. Ello le da Albert Einstein una nueva muestra de lo acertado de buena parte de sus predicciones. Sus teorías fueron hechas con base en modelos matemáticos y física teórica. En su momento no existían las herramientas necesarias para demostrarlas experimentalmente. Conforme avanzan la ciencia y la tecnología, sus cálculos son puestos a prueba. Y más de un siglo después, siguen pasando la prueba.
Pero el equipo fue más allá. Trató de responder la pregunta opuesta. ¿Hasta qué punto se puede cambiar la teoría de la relatividad general y aún seguir siendo coherente con la medición del agujero negro? La pregunta luce rebuscada, pero tiene su razón de ser. Dimitrios Psaltis, astrónomo de la Universidad de Arizona en Tucson y miembro del equipo de EHT lo explica. Esa interrogante es clave porque todavía es posible que alguna otra teoría de la gravedad pueda describir el universo, pero disfrazada de relatividad general, cerca de un agujero negro.
Sin embargo, responder a esa pregunta es más complicado que en el caso de la primera. Para develar el misterio, Psaltis y sus colegas han utilizado la sombra del agujero negro de M87. Mediante un estudio publicado el 1 de octubre en Physical Review Letters, lograron dar un paso importante hacia el descarte de las probables teorías alternativas.
Específicamente, los investigadores utilizaron el tamaño del agujero negro para realizar lo que se conoce como una prueba de relatividad general de «segundo orden». Este tipo de experimento está orientado a aumentar la confianza en el resultado. Eso «realmente no se puede hacer en el Sistema Solar«. Esto se debe a que el campo gravitacional es demasiado débil, dice Lia Medeiros, del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey y miembro del equipo de EHT.
Albert Einstein sigue teniendo razón
Hasta ahora, todo bien para la relatividad, descubrieron los investigadores cuando realizaron esta prueba de segundo orden.
Generalmente, los físicos piensan en la relatividad general como un conjunto de correcciones o adiciones a la teoría de la gravedad de Isaac Newton. La relatividad general predice cuáles deberían ser esos complementos.
Si las mediciones de cómo funciona la gravedad en el Universo se desvían de esas predicciones, entonces los físicos saben que la relatividad general no es la historia completa. Cuantos más complementos o factores se agreguen a una prueba, más confianza habrá en el resultado.
En línea con pruebas anteriores
Los resultados están a la par con los de experimentos de ondas gravitacionales anteriores. Por ejemplo, los realizados por el Observatorio de ondas Gravitatorias por Interferometría Láser (LIGO) en 2019. Este instrumento detectó ondas en el espacio-tiempo de la fusión de agujeros negros más pequeños que los de M87.
Pero el nuevo estudio es particularmente interesante. Se trata del primer intento de aislar un efecto de segundo orden a través de la observación de un agujero negro. Así lo explica el físico Emanuele Berti de la Universidad Johns Hopkins, que no participó en el nuevo trabajo.
En campos gravitacionales débiles, como dentro del sistema solar, los físicos pueden probar si las adiciones de «primer orden» a las ecuaciones de Newton son consistentes con la relatividad general o no. Estas adiciones están relacionadas con cosas como cómo la luz y la masa viajan en un espacio-tiempo deformado, o cómo la gravedad hace que el tiempo fluya más lentamente.
Esos aspectos de la gravedad se han probado con la forma en que se desvía la luz de las estrellas durante un eclipse solar, por ejemplo. También en la forma en que la luz láser enviada a las naves espaciales que vuelan lejos del sol tarda más de lo esperado en regresar a la Tierra. La relatividad general ha pasado la prueba cada vez.
Pero se necesita un campo gravitacional fuerte, como el que rodea el agujero negro de M87, para impulsar las pruebas a un nivel superior.
Prueba superada
El nuevo resultado es un poco decepcionante para los físicos que esperan encontrar grietas en la teoría de Albert Einstein, dice Psaltis. Hallar una desviación de la relatividad general podría señalar el camino hacia una nueva física. O podría ayudar a unir la relatividad general, la física de lo muy grande y la mecánica cuántica, la teoría principal que describe la física de lo muy pequeño, como las partículas subatómicas y los átomos.
El hecho de que la relatividad general todavía se niegue a ceder es «preocupante para aquellos de nosotros que somos lo suficientemente mayores como para esperar obtener una respuesta en nuestra vida», agrega. Para Albert Einstein, de nuevo, es prueba superada.
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