En 1915, Albert Einstein lanzaba su relatividad general, una nueva hipotesis de la gravedad que completaba y ampliaba la formulada por Newton en 1687. Y fue esa insignificante chinita que llevaba en el zapato de la astronomía más de 70 años la que le dio el espaldarazo. La hipotesis de Newton no podía aclarar esa diferencia tan exigua; la de Einstein, sí. En el cosmos incluso las más ínfimas diferencias son cruciales. desde aquel momento, la relatividad general es la hipotesis estándar de la gravedad, el cimiento encima del que se asienta la cosmología moderna. Actualmente bien, ¿es la hipotesis concluyente? Varios físicos piensan que no. Porque hoy poseemos datos igualmente minúsculos que se resisten a una explicación. Por ejemplo, ciertosmisteriosos movimientos de la Luna.
La sonda no tripulada soviética Luna-2 -el primer ingenio humano que tomó tierra en otro cuerpo del Sistema Solar- y los cosmonautas de las misiones Apolo 11, 14 y 15 dejaron sobre la polvorienta superficie de nuestro satélite una serie de reflectores de aluminio, unos espejitos de 50 centímetros cuadrados que permiten calcular la separación a la Tierra con una precisión del orden de un centímetro. Todo un logro teniendo en cuenta que la Luna se encuentra a 384.000 km de nosotros.
Después de analizar 38 años de mediciones, James G. Williams del Jet Propulsion Laboratoryde la NASA reveló que la órbita lunar se está haciendo cada vez más elíptica. En 2006 publicó sus cuentas: la diferencia entre llegar al punto más lejano y el más cercano de la órbita estaba aumentando inesperadamente a un ritmo de 6 milímetros por año. Después de tener en cuenta diferentes efectos, como las fricciones de marea en el interior de la Tierra y la Luna, Williams confirmó que la diferencia seguía siendo mayor de lo esperado, casi en un causa 3. Por el instante, no tenemos una explicación clara a esa desviación.
Otra señal de que algo puede estar pasando con la gravedad la tenemos en la determinación de la unidad de separación utilizada por los astrónomos cuando se refieren a equipos solares: la unidad astronómica (UA). Definida como la separación media de la Tierra al Sol -149,6 millones de kilómetros- se obtiene por medio observaciones en ondas de radio de las posiciones relativas entre los mundos interiores, con una precisión de entre 1 y 10 metros. Esto se realiza desde radiobservatorios terrestres o por telemetría desde las sondas espaciales. Así, se han utilizado los transpondedores llevados a Marte por las sondasViking desde 1976 a 1982 y los de la Pathfinder en 1997.
Luego se comparan con las posiciones planetarias calculadas con las ecuaciones de la mecánica celeste y se obtiene el valor de la velocidad de la luz en unidades astronómicas por día, en lugar de los habituales metros por segundo. Como la velocidad de la luz es una constante, basta con pasar de días a segundos para obtener el valor de la unidad astronómica en metros. El valor aceptado en el presente se calcula a partir de las efemérides D405 del Jet Propulsion Laboratory (JPL), aunque en la Europa del Este se usa el de las efemérides EPM2004 del Instituto de Astronomía Aplicada de la Academia de Ciencias Rusa. Veamos lo poco que discrepan ambos cálculos, que se pueden achacar a errores experimentales: los norteamericanos han obtenido el valor de 149597870697 metros y los rusos, 149597870696,0. Con una precision de once cifras, es la constante astronómica más precisa jamás medida.
en cambio es posible que la UA no sea tan constante como los astrónomos suponen. En 2004 E. Myles Standish del JPL afirmó que, utilizando los datos recolectados entre 1976 y 1997, la UA aparentaba crecer con el tiempo. O lo que es lo mismo, el radio de la órbita terrestre está aumentando. Ese mismo año los rusos Georgij Krasinsky y Victor Brumberg, del Instituto de Astronomía aplicada de San Petersburgo, analizaban más de 200.000 observaciones y descubrían que aumentaba a un ritmo de 15 metros por siglo. En 2005, la astrónoma Elena Pitjeva, del mismo Instituto, publicaba un examen incluso más detallado de 317.000 observaciones que iban desde 1913 a 2003. Los resultados de la astrónoma, que determinan el valor de la UA con una precisión de un metro, revelan que crece unos 7 metros por siglo. ¡Y no debería hacerlo!
sin embargo, la anomalía más enigmatica de todas es la descubierta con las sondas espaciales Pioneer 10 y 11. Las dos están saliendo del Sistema Solar en direcciones distintos, pero no se localizan donde los investigadores esperaban. La Pioneer 10 fue lanzada en marzo de 1972 y, tras investigar Júpiter, va camino de la estrella Aldebarán, donde llegará en el interior de 2 millones de años. Mientras, la Pioneer 11, lanzada al año siguiente, pasó al lado a Júpiter y Saturno y actualmente viaja hacia la constelación del Águila; pasará cerca de la estrella lamda Aquila en 4 millones de años. A finales de la década de 1990 Michael Martin Nieto del Laboratorio Nacional de Los Alamos, Philip Laing y Anthony Liu de Aerospace Corporation y John D. Anderson, Slava Turyshev y Eunice Lau del JPL estudiaron los datos recolectados de la Pioneer 10 durante 11 años y de la Pioneer 11 durante 4. Y encontraron que estaban ligeramente fuera de curso. Las naves experimentaban una débil pero constante deceleración: en 1998 la Pioneer 10 estaba 58.000 kilómetros más cerca de lo esperado y la otra nave gemela estaba 6.000 km más cerca. Algo casi insignificante tras 10.500 millones de kilómetros, pero muy significativo porque la mecánica celeste es lo suficientemente exacta para dar cuenta de esta anomalía. ¿Quién pisa el freno de las naves? Gran cantidad han sido las teoría pero ninguna ha podido explicarlo de forma satisfactoria. ¿Se trata de algúnefecto no gravitatorio o es la señal de que hay algo en la gravedad que se nos escapa?
EL EFECTO ALLAISA mediados del siglo pasado el matemático Maurice Allais, que ganaría el Premio Nobel de Economía en 1988, afirmó haber hallado un comportamiento raro en un péndulo. La física más elemental nos dice que el plano en el cual oscila un péndulo es constante en el tiempo, no se mueve, a pesar de que la Tierra gire sobre sí misma. Esto hace que los visitantes se queden maravillados con el conocido péndulo de Foucault situado en la entrada de demasiados museos de ciencia. Pero Allais afirmó haber hallado durante los eclipses solares de 1954 y de 1959 que esto no era así. Según él, el plano de oscilación presentaba un levísimo desplazamiento -precesión, en términos técnicos-.
Esta misma anomalía ha sido descrita por Saxl y Allen en 1970 y un equipo de investigadores chinos durante los eclipses de 1997, 2001 y 2002. Y tambien en 1961 el rumano Jeverdan publicó este comportamiento anómalo del péndulo en una revista científica de habla no inglesa, por lo cual quedó condenado al olvido. De todas las explicaciones alternativas propuestas ninguna ha explicado estas desviaciones de la hipotesis, pero además debe señalarse que las distintos mediciones realizadas incluso actualmente no son completamente convincentes. Se precisan más experimentos demasiado más precisos para poder establecer el valor exacto de esta anomalía. Unos experimentos baratos de realizar -algo poco normal en una era de grandes aceleradores o carísimos satélites artificiales- y que de ser comprobado podría revolucionar la física.
Por desgracia, lo que se ha hecho con lasPioneer no se puede hacer con la otra pareja de naves gemelas lanzadas en los 1970 que están saliendo de nuestro Sistema Solar, lasVoyager: el gas que eyectan de forma continuada para estabilizarse enmascara cualquier otro efecto. La única oportunidad que poseeremos para comprobar este enigmatico fenómeno será con la New Horizons. Lanzada en enero de 2006, pasó por Júpiter en 2007 y porSaturno al año siguiente camino de Plutón, donde llegará en 2015. Desgraciadamente, esta nave no ha sido preparada para un seguimiento de precisión como sucedió con las Pioneer, pero los astrónomos admiten que quizá puedan sacar algún apunte de utilidad que arroje algo de luz encima del enigma en 2010 y 2011. Pero las rarezas gravitatorias no terminan aquí. En 2008 los investigadores del JPL James K. Campbell, John E. Ekeland, James F. Jordan y John D. Anderson anunciaban en la prestigiosa revista Physical Review Letters el descubrimiento decambios anómalos en la energía orbital de 6 naves que se auxiliaron del campo gravitatorio de la Tierra en su ruta hacia diferentes mundos, una maniobra clásica para ahorrar combustible que recibe el nombre de flyby.
La primera pista de esta anomalía la obtuvieron siguiendo el flyby de la sonda Galileo el 8 de diciembre de 1990. La nave se estaba aproximando a la Tierra a una velocidad de 8,981 metros por segundo. Tras descontar todas las influencias del resto de los mundos y la Luna descubrieron que iba muy deprisa. El exceso era muy pequeño, del orden de 4 milímetros por segundo. Indudablemente no era demasiado, pero estaba ahí, como el exceso de Mercurio. ¿Pudo tratarse de un error de medida? No se sabe. En el nuevo paso dos años más tarde la Galileo atravesó las capas altas de la atmósfera, lo que impidió cualquier intento de hacer una medición precisa. en cambio, el paso de la Near Earth Asteroid Rendezvous-Shoemaker (NEAR-Shoemaker) el 23 de enero de 1998 además enseñó ese aumento de velocidad, casi tres veces mayor que la medida en la Galileo, 13,5 mm/s. Los astrofísicos estaban estupefactos. Cuando la nave Rosetta hizo su flyby en 2005 la anomalía medida fue de 2 mm/s.
¿Qué provoca ese aumento? Nadie lo sabe. En el siguiente flyby de Rosetta de noviembre de 2007 nada pareció afectar su velocidad. en cambio, la Cassini-Huygens, actualmente en órbita alrededor de Saturno, ganó 0,11 mm/s. No es de extrañar que los astrónomos esperen con gran interés el siguiente paso de la Rosetta anteriormente de enfilar su objetivo, el cometa Churyumov-Gerasimenko, el 13 de noviembre de este año. Un efecto que podrá comprobarse en años posteriores, cuando la nave Juno se lance en 2011 con destino a Júpiter y utilice el campo gravitatorio terrestre como lanzadera en octubre de 2013.
¿Solución? Una nueva huída hacia adelante afirmando que se trata de algo completamente distinto y raro a la que sabemos y sobre la que no hay la más mínima evidencia de qué puede tratarse, un tipo de materia indetectable que solo se deja ver por el influjo gravitacional que provoca en los astros circundantes. Esta es la materia oscura, un caramelo para los físicos teóricos pues tienen patente de corso para estirar sus hipotesis y sacar de la chistera partículas de lo más peregrinas que puedan dar cuenta de unas propiedades tan coloristas.
La materia oscura se enfrenta a un peculiar reto: han pasado casi 80 años desde que Fritz Ziwcky postulada su existencia por primera vez y nadie sabe qué es; ni siquiera hay una observación directa que nos confirme que está ahí. En el presente hay una decena de experimentos en marcha en laboratorios subterráneos -como el de Canfranc en el Pirineo aragonés- esperando ver una partícula de materia oscura chocando con un núcleo atómico. Diferentes doce pretenden detectar la aniquilación de una pareja de partículas de materia oscura mientras se espera a que el LHC de Ginebra, el conocido acelerador que se estropeó al poco tiempo de inaugurarse, pueda producirla. Ante esta sequía de evidencias lo que la física está pidiendo es un acto de fe, muy comparable al que pidió en el siglo XIX con el además indetectable éter, infinitamente rígido y elástico a la vez.
LA FUNDACIÓN PARA LA INVESTIGACIÓN EN GRAVEDADEn 1948 el empresario Roger Babson creaba esta fundación destinada a localizar la forma de construir un escudo gravitatorio. Al igual que en las películas de ciencia ficción, o la famosa piedra cavorita con la que H. G. Wells llevó a sus protagonistas a la Luna, su finalidad es rastrear la forma de impedir que la gravedad desarrolle su trabajo. Inclusive creó un premio anual destinado a aquellos investigadores que hicieran progresos en este campo. La fundación se esfumó al poco de tiempo de la muerte de Babson en 1967, pero su premio continúa, que Stephen Hawking ha ganado en distintos ocasiones.
Otro físico, John Moffat, ha propuesta una hipotesis gravitacional no-simétrica que además pretende aclarar el enigma de la materia oscura. En esencia sigue el mismo camino que recorrió Einstein en los últimos años de su vida y fracasó: localizar una hipotesis unificada de campos. El tema es gran cantidad técnico y la clave reside en comparar las ecuaciones del campo electromagnético con las del gravitatorio. Entre ellas hay una peculiar diferencia que si se solventase apuntaría a “la existencia de una nueva fuerza fundamental en el cosmos“, dice Moffat.
Las complicaciones matemáticas de esta aventura científica son homéricas y incluso el instante solo se han hallado aproximaciones a lo que podría ser una nueva hipotesis, pero los escasos físicos que realizan labores en ello piensan que van a poder expulsar del cosmos esa incomprensible materia oscura.
Y si no teníamos bastante con ella, en 1997 los cosmólogos añadieron una complicación incluso mayor: ese año se reveló que el cosmos estaba acelerando. La relatividad general dice que, si no hay más materia que la que arde, es increible luego “algo” debe estar empujando. ¿El qué? Nada más fácil. Ya teníamos la materia oscura para aclarar el movimiento de los astros, luego introduzcamos algo incluso más raro para aclarar esta aceleración: laenergía oscura. sin embargo, un pequeño número de investigadores sostienen que no es más que una nueva indicación de que debemos modificar nuestra concepción de la gravedad. Entre ellos se localizan Martin Kunz y Domenico Sapone. El inconveniente fundamental, como estos dos físicos declaran, es que “no podemos ver directamente ni la energía oscura ni la gravitación modificada”. No hay forma de diferenciar experimentalmente entre ambas: “las dos parecen lo mismo”, añade Kunz. Su esperanza se encuentra en investigar ciertos aspectos relacionados con el fenómeno conocido como lente gravitacional, esto es, el efecto que tiene en el camino recorrido por un rayo de luz la presencia de campos gravitatorios cercanos. El tiempo dirá si Einstein poseía razón después de todo.
from otra realidad
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