Gravitomagnetismo y Gravity Probe B#
Una de las teorías de mayor impacto, no solo a nivel científico sino también del «saber popular» ha sido la teoría de la relatividad de Einstein, que por cierto, su nombre el cuál no fue del agrado de su autor que consideraba la existencia de los absolutos, fue asignado por Max Planck.
La teoría de la relatividad parte de reformular el carácter independiente y absoluto de las entidades del tiempo y el espacio, en un nuevo concepto que corresponde al espacio-tiempo. Realmente ambos hacen parte de una misma entidad insoluble, creando una base del absoluto ya no sobre el lugar donde suceden los fenómenos sino sobre los efectos de los fenómenos (sin importar las condiciones del observador, los efectos de un fenómeno serán los mismos para todos). Y la base para este nuevo absoluto fue la luz, la cual al medir su velocidad era independiente del marco de referencia derrocando la anterior hipótesis de la existencia del éter (un medio fluido de peculiares características sobre el cual se desplazaría la luz).
Ver el comportamiento de la luz en su movimiento llevo a mas que derribar el éter, fue el origen de un nuevo concepto de la gravedad al modificar la estructura del espacio y el tiempo. Aquí aparece la teoría de la relatividad general.
La gravedad es el resultado de la deformación del espacio-tiempo debido a la presencia de cuerpos con masa (si, usted y yo deformamos también el espacio-tiempo provocando una microgravedad que es despreciable dado que estamos sumergidos en el campo terrestre). Imaginemos una tela sobre la cual hemos dibujado una cuadricula, y ponemos un cuerpo masivo en ella; la tela se hunde, y al hundirse la cuadricula exhibe lineas que no son rectas. Estas líneas resultado de la deformación se llaman geodésicas (y son los caminos mas cortos en el espacio-tiempo).
Como la modificación es del espacio, quiere decir que los cuerpos sin masa también son perturbados, y por ende la luz modifica su trayectoria al pasar por un cuerpo con masa. Esto se verifico durante el eclipse de sol de 1919 por la expedición de Arthur Eddington, en el cual la posición aparente de una estrella cambio debido a la curvatura que provoca el sol, justo en lo predicho por la teoría (la estrella no debería haberse visto puesta estaba detrás del sol, pero la curvatura lo permitió).
Pero ademas de esto, aun quedaban mas asuntos por verificar. La teoría nos habla de un efecto gravitomagnético que debiese aparecer debido a la rotación de los cuerpos con masa, que a su vez tendría una contribución gravitacional y provocaría la rotación de otros cuerpos. Para ello, NASA lanzó el 20 de abril de 2004 el satélite Gravity Probe B el cual realizo distintas mediciones gravimétricas de la Tierra y mediciones sobre la distorsión del espacio-tiempo. Su misión principal: validar la teoría general relatividad y el gravitomagnetismo.
Esquema sonda Gravity B y las relaciones del gravitomagnetismo.#
El gravitomagnetismo, contrario a su nombre, no se trata de un efecto magnético producido por la masa (como ocurre en el electromagnetismo, en donde el magnetismo es resultado de las cargas eléctricas), sino que debe su nombre a la similitud matemática que exhiben las ecuaciones de campo gravitacional a las ecuaciones de Maxwell (las ecuaciones que describen el electromagnetismo). Este efecto es una contribución adicional a fuerza de gravedad aportada cuando los cuerpos con masa rotan, lo cual produce una vorticidad en el espacio-tiempo (como una especie de remolino) y este causa que los cuerpos no solo sean atraídos sino que también lo hagan rotando (esta rotación es casi imperceptible).
Para ello, la sonda GP-B requirió de los mas avanzados detalles en ingeniería, entre los cuales brilla como joya de la alta ingeniería su giróscopo. Una esfera metálica lo mas cercano a la perfección (los defectos con relación a una esfera ideal son realmente despreciables en comparación a cualquier otra esfera construida, no mas de 40 átomos de error en el espesor).
¿Por que ser una esfera perfecta? el giróscopo es el instrumento encargado de medir los desplazamientos angulares provocados por la distorsión del espacio-tiempo rotando, pero ademas el efecto gravitomagnético la hará girar también. Ya que el giro de la esfera es primordial en la medición, si la esfera fuese algo ovoide o elipsoide por acudir a un ejemplo (um, dejemoslo en un huevo) aparecerían efectos adicionales que intervendrían en su giro, afectando los resultados de la medición (sin mencionar que la solución de las ecuaciones sería mas compleja).
La misión, dada por concluida en el mes de mayo, revelo resultados positivos para la relatividad general tanto el efecto de curvatura de la masa terrestre como la rotación provocada por el gravitomágnetismo terrestre.
Fuentes
1. Gravity Probe B confirma la existencia de gravitomagnetismo. Observatorio.info Mayo 10 de 2011
2. Gravity Probe B, the relativity mission. NASA Missions
3. Gravity Probe B, testing Einstein’s universe. Einstein Stanford Mayo 4 de 2011 (reporte de los experimentos finales)
4. Gravity Probe B. Wiki
5. Gravitomagnetism. Wiki
6. NASA Announces Results of Epic Space-Time Experiment. NASA Science News Mayo 4 de 2011
7. In search of Gravitomagnetism. NASA Science News Abril 20 de 2004.