Einstein tenía razón otra vez. 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.
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| Concepto artístico de un GP-B medir el espacio-tiempo curvado alrededor de la Tierra |
Los investigadores han confirmado estos puntos en una conferencia de prensa en la sede de la NASA en el que se anunció el tan esperado resultado de la Sonda Gravity Probe B (GP-B).
"El espacio-tiempo alrededor de la Tierra parece estar distorsionada como la relatividad general predice", dice la Universidad de Stanford físico Francis Everitt, investigador principal de la misión de la sonda Gravity Probe B.
"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 creada por la NASA en 1998 para supervisar y examinar los resultados de la Sonda Gravity Probe B. "Un día", predice, "esto será escrito en los libros de texto como uno de los experimentos clásicos 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 una persona pesada que 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 es estacionaria. Nuestro planeta gira, y el giro debería torcer el hoyuelo, ligeramente, estirándola hacia un remolino de cuatro dimensiones. Para esto es lo que GP-B fue al espacio en 2004 para comprobarlo.
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 puede ser medido.
En la práctica, el experimento es tremendamente difícil.
Los cuatro giroscopios de la GP-B son las esferas más perfectas jamás hechas por el hombre.
Con el tamaño de pelotas 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 tambalearían 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 arco segundos en un año. Un segundo de arco es 1/3600th de un 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 de la GP-B ha tenido que inventar todo las nuevas tecnologías para hacer esto posible", comenta Will.
Ellos desarrollaron un satélite "libre de arrastre" que podría rozar las capas exteriores de la atmósfera de la Tierra sin alterar los giroscopios. Ellos descubierto la manera de mantener el campo magnético de la Tierra sin penetración de 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 la historia de Science @ NASA " una bolsa de cercanos a la perfección . "
Extraer el experimento fue un reto excepcional. Pero después de un año de toma de datos y casi cinco años de análisis, los científicos de la GP-B parece que lo han hecho.
"Medimos una precesión geodésica de 6.600 más o menos 0,017 segundos de arco y un efecto de arrastre de marco de 0.039 más o menos 0,007 segundos de arco", 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 marco arrastrado es el efecto es la cantidad de oscilación causada por la rotación de la Tierra (el giro en el espacio-tiempo). Ambos valores están con gran precisión de acuerdo con las predicciones de Einstein.
"En el dictamen de la comisión que yo presido, este esfuerzo fue verdaderamente heroica. Nos quedamos alucinados", dice Will.
Los resultados de la Sonda Gravity Probe B dan a los físicos la confianza renovada de que las predicciones extrañas de la teoría de Einstein está 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 duplicada y ampliada en otro lugar en el cosmos - alrededor de las estrellas de neutrones masivas, los agujeros negro, y los núcleos galácticos activos.
"Si se trata de hilar un giroscopio en el espacio-tiempo gravemente torcido alrededor de un agujero negro", dice Will, "no sería sólo ligeramente precesión por una fracción de grado. El bamboleo sería loco y posiblemente incluso la vuelta."
En los sistemas binarios con agujero negro - es decir, cuando un agujero negro orbita alrededor de otro agujero negro - el agujero negro están girando y por lo tanto se comportan como giroscopios.
Imagine un sistema de órbita, girando, tambaleándose, volteando agujero negro! Ese es lo que precise la teoría de la relatividad general y lo que el 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 una 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 que trabajan en la GP-B. Varios estudiantes de secundaria también participaron, incluyendo el astronauta Sally Ride y finalmente el premio Nobel Eric Cornell."
La financiación de la NASA para la Sonda Gravity Probe B comenzó en el otoño de 1963. Eso significa que Everitt y algunos colegas gastaron en la planeación, promoción, construcción, operación y análisis de los datos de la experiencia más de 47 años-en verdad, un esfuerzo épico.
¿Qué será lo próximo?
Everitt recuerda algunos consejos que le dio su director de tesis y el Premio Nobel Patrick MS Blackett: "Si no puedo pensar en lo que en la física puedo, inventar una nueva tecnología, y dará lugar a una nueva física."
"Bueno", dice Everitt, "se inventó 13 nuevas tecnologías con la Sonda Gravity Probe B.
¿Quién sabe dónde nos llevará?"
Esta epopeya podría estar empezando, después de todo ....
"El espacio-tiempo alrededor de la Tierra parece estar distorsionada como la relatividad general predice", dice la Universidad de Stanford físico Francis Everitt, investigador principal de la misión de la sonda Gravity Probe B.
"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 creada por la NASA en 1998 para supervisar y examinar los resultados de la Sonda Gravity Probe B. "Un día", predice, "esto será escrito en los libros de texto como uno de los experimentos clásicos 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 una persona pesada que 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 es estacionaria. Nuestro planeta gira, y el giro debería torcer el hoyuelo, ligeramente, estirándola hacia un remolino de cuatro dimensiones. Para esto es lo que GP-B fue al espacio en 2004 para comprobarlo.
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 puede ser medido.
En la práctica, el experimento es tremendamente difícil.
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| Uno de los giroscopios super-esféricos de la Sonda Gravity Probe B |
Con el tamaño de pelotas 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 tambalearían 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 arco segundos en un año. Un segundo de arco es 1/3600th de un 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 de la GP-B ha tenido que inventar todo las nuevas tecnologías para hacer esto posible", comenta Will.
Ellos desarrollaron un satélite "libre de arrastre" que podría rozar las capas exteriores de la atmósfera de la Tierra sin alterar los giroscopios. Ellos descubierto la manera de mantener el campo magnético de la Tierra sin penetración de 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 la historia de Science @ NASA " una bolsa de cercanos a la perfección . "
Extraer el experimento fue un reto excepcional. Pero después de un año de toma de datos y casi cinco años de análisis, los científicos de la GP-B parece que lo han hecho.
"Medimos una precesión geodésica de 6.600 más o menos 0,017 segundos de arco y un efecto de arrastre de marco de 0.039 más o menos 0,007 segundos de arco", 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 marco arrastrado es el efecto es la cantidad de oscilación causada por la rotación de la Tierra (el giro en el espacio-tiempo). Ambos valores están con gran precisión de acuerdo con las predicciones de Einstein.
"En el dictamen de la comisión que yo presido, este esfuerzo fue verdaderamente heroica. Nos quedamos alucinados", dice Will.
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| Concepto artístico del espacio-tiempo retorcido alrededor de un agujero negro. Crédito: Joe Bergeron, de la revista Sky & Telescope. |
El tipo de vórtice espacio-tiempo que existe alrededor de la Tierra está duplicada y ampliada en otro lugar en el cosmos - alrededor de las estrellas de neutrones masivas, los agujeros negro, y los núcleos galácticos activos.
"Si se trata de hilar un giroscopio en el espacio-tiempo gravemente torcido alrededor de un agujero negro", dice Will, "no sería sólo ligeramente precesión por una fracción de grado. El bamboleo sería loco y posiblemente incluso la vuelta."
En los sistemas binarios con agujero negro - es decir, cuando un agujero negro orbita alrededor de otro agujero negro - el agujero negro están girando y por lo tanto se comportan como giroscopios.
Imagine un sistema de órbita, girando, tambaleándose, volteando agujero negro! Ese es lo que precise la teoría de la relatividad general y lo que el 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 una 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 que trabajan en la GP-B. Varios estudiantes de secundaria también participaron, incluyendo el astronauta Sally Ride y finalmente el premio Nobel Eric Cornell."
La financiación de la NASA para la Sonda Gravity Probe B comenzó en el otoño de 1963. Eso significa que Everitt y algunos colegas gastaron en la planeación, promoción, construcción, operación y análisis de los datos de la experiencia más de 47 años-en verdad, un esfuerzo épico.
¿Qué será lo próximo?
Everitt recuerda algunos consejos que le dio su director de tesis y el Premio Nobel Patrick MS Blackett: "Si no puedo pensar en lo que en la física puedo, inventar una nueva tecnología, y dará lugar a una nueva física."
"Bueno", dice Everitt, "se inventó 13 nuevas tecnologías con la Sonda Gravity Probe B.
¿Quién sabe dónde nos llevará?"
Esta epopeya podría estar empezando, después de todo ....
Fuente: NASA
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