ESPACIO-tiempo: desde los griegos a Gravity Probe B - 6

Cambio de perihelio de mercurio:

Mercurio había provisto su primera verdadera prueba "clásica" de la relatividad general de Einstein, y formó la base inmediata para la rápida aceptación de su teoría por sus pares. Los astrónomos habían conocido desde la época de Urbain Le Verrier en 1859 la órbita de mercurio (medida por la ubicación de su perihelio, acercamiento del planeta al Sol) fue girando demasiado rápidamente alrededor del Sol a explicarse por factores conocidos como el perturbador de la influencia de los otros planetas. Todas las explicaciones para este fenómeno (como la noción de que un nuevo planeta llamado a "Vulcano" laicos dentro de la órbita de mercurio) habían fracasado. Cuando Einstein encontró que su teoría explica el avance del perihelio anómalo perfectamente con ninguna suposición especial, experimentó palpitaciones del corazón y fue (como escribió a un colega) "durante varios días junto a mí con gozosa emoción".

La prueba del desplazamiento del perihelio (y la mayoría de otras pruebas gravitacionales) ahora suele expresarse mediante un formalismo inventado por Arthur S. Eddington y posteriormente desarrollado por Kenneth Nordtvedt Jr. y Clifford Will en lo que se conoce como el marco parametrizados Post-Newtonian (PPN). Eddington había descrito como en débiles campos gravitacionales la simetría esférica alrededor del Sol en una forma bastante general con sólo dos parámetros β describiendo la no linealidad en la deformación de tiempo y γ describiendo la deformación del espacio. (También hay un tercer α de parámetro, pero no prueba cualquier aspecto de la teoría de la relatividad y simplemente le permite cambiar la escala del valor de la constante gravitacional de Newton G.) La relatividad general predice que β y γ son igual a uno, y la mayoría de las pruebas experimentales efectivamente colocan límites superiores en |β-1| o |γ-1|. Cambio de anómalo perihelio de mercurio es proporcional a (2++ 2γ-β) / 3, que es igual a uno en la relatividad general. Esta es la prueba sólo «clásica» que la naturaleza no lineal de la teoría de Einstein de las sondas. Mediciones iniciales se basaban en los telescopios ópticos; los modernos se basan en datos de radar y restringen cualquier desviación de la relatividad general a menos de 0,3%. Una fuente importante de principio de error sistemático provenía la incertidumbre en elíptica solar (momento de cuadrupolo), pero ahora ha sido muy restringida de la heliosismología. El cambio del Perihelio afecta a otros planetas además de mercurio, pero es mucho menor. También se ha observado mediante radiotelescopios en sistemas distantes púlsar binario, donde es conocido como cambio de periastro.

Desviación de la luz:

Si el desplazamiento del perihelio de mercurio llevó a la aceptación de la relatividad general entre pares de Einstein, luego, las dsviaciones de luz lo hizo famoso con el público. En 1911 había encontrado ya que el principio de equivalencia implica algunos desviación de la luz, ya que un rayo de luz enviado horizontalmente a través de una habitación aparecerá a doblarse hacia el suelo si la habitación está acelerando hacia arriba. (Argumentos similares de hecho han propuesto por motivos puramente newtonianos por Henry Cavendish en 1784 y Johann Georg von Soldner en 1803.) Sin embargo, en 1915, Einstein cuenta que la curvatura del espacio duplica el tamaño del efecto, y que es posible detectarlo observando la curvatura de la luz de las estrellas de fondo alrededor del Sol durante un eclipse solar. Tuvo que esperar hasta el final de la guerra, cuando expediciones dirigido por Arthur Eddington y Andrew Crommelin regresó decentes fotografías del eclipse de mayo de 1919.

Los resultados habían reivindicado la nueva teoría de Einstein, aunque con una precisión de sólo alrededor del 30%. Cuando se anunciaron en noviembre ese año, la prensa recogió la historia y Einstein se convirtió en una estrella internacional. Muchos han especulado sobre los motivos de apelación mítico y aparentemente interminable de Einstein. Parte de la explicación debe estar en el final de la guerra más la rotura en la historia; el hecho de que la teoría del físico alemán había sido confirmada por observadores Español portended un futuro pacífico donde el pensamiento puro podría triunfar sobre mentes estrechas. Abraham Pais, gran biógrafo científico de Einstein, para ponerlo como este sutil en el Señor... (1982): "Un hombre nuevo aparece abruptamente... Lleva el mensaje de un nuevo orden en el universo. Es un nuevo Moisés que bajan desde la montaña a poner la ley, un nuevo Josué controlando el movimiento de los cuerpos celestes. Habla en lenguas extrañas pero sabios ven que las estrellas dan testimonio de su veracidad... Su lenguaje matemático es sagrado aún susceptible de transcripción en lo profano: la cuarta dimensión... la luz tiene peso, el espacio está torcido... Él cumple dos profundas necesidades en el hombre, la necesidad de conocer y la necesidad de no saber sino de creer".

El ángulo de desviación de luz es proporcional a (1++ γ) / 2, que es igual a uno en la relatividad general. Límites experimentales en γ utilizando telescopios ópticos nunca lograron mejorar mucho de los obtenidos por Eddington y Crommelin, y no fue hasta la década de 1960 que radio astrónomos fueron capaces de hacer progresos significativos utilizando matrices vinculadas de radiotelescopios (VLBI) para medir la curvatura de las ondas de radio de quasares distantes alrededor del Sol. Por 1995 estas observaciones habían confirmado la relatividad general con una precisión de 0,04%. Todo el cielo está ligeramente distorsionado por desviación de la luz alrededor del Sol, y desde este efecto alcanza 4 milisegundos perpendiculares a la dirección de Sol de la Tierra, debe tenerse en cuenta por satélites astrométricos modernos como Hipparcos, que determinan las posiciones de millones de estrellas para dentro de 3 milisegundos. Estas correcciones confirman la relatividad general indirectamente al nivel del 0,3%. También ha sido posible medir la desviación de la luz por el planeta Júpiter, aunque con una precisión de sólo alrededor del 50%. En cosmología, luz desviaciones (mejor conocido como lentes gravitacionales) se utilizan rutinariamente a pesar de materia oscura, mede el parámetro de Hubble y la función incluso como una cósmica "lupa" para poner los objetos más distantes y menor en vista más cercana.

Crédito: Probe B

Traducción: El Quelonio Volador