Cómo un eclipse solar total ayudó a probar la verdad de Einstein sobre la relatividad
Por Ian O'Neillpara Space.com Mayo 29 de 2017
El 21 de agosto, los Estados Unidos continentales serán tratados con un eclipse solar total que deslumbrará a la nación a medida que avanza de costa a costa, comenzando en Oregon y terminando en Carolina del Sur.
El evento será una gran oportunidad para revisar un experimento revolucionario que ocurrió durante un eclipse solar total, y ayudó a confirmar la teoría de Albert Einstein de la relatividad general. La Agencia Espacial Europea se ha referido a este evento celestial como "probablemente el eclipse más importante en la historia de la ciencia".
Ese experimento histórico se llevó a cabo el 29 de mayo de 1919, hace exactamente 98 años.
Albert Einstein fue una celebridad global durante gran parte de su vida, pero fue un eclipse solar total que ayudó a lanzar al científico a la fama internacional. Crédito de la imagen: Central Press/Stringer/Getty
Newton contra Einstein
En 1915, Einstein publicó cuatro artículos innovadores que introdujeron su teoría de la relatividad general. Pero en aquel momento, el físico teórico nacido en Alemania apenas era conocido por el público, y los miembros de la comunidad científica estaban luchando su nueva teoría de frente, según informes en el New York Times. Alrededor de este tiempo, el modelo de Sir Isaac Newton de la mecánica clásica - formulado en su libro de 1687 "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" - gobernó, y el trabajo de Einstein se encontró con el máximo escepticismo.
Uno de los principios clave de la relatividad general es que el espacio no es estático. Los movimientos de los objetos pueden cambiar la estructura del espacio. Por el contrario, en la visión de Newton del universo, el espacio es "inerte".
En opinión de Einstein, el espacio se combina con otra dimensión - el tiempo - que crea un "tejido" universal llamado espacio-tiempo. El objeto viaja a través de este tejido, que puede ser deformado, doblado y retorcido por las masas y movimientos de los objetos dentro del espacio-tiempo.
Un ejemplo de la divergencia de estas dos teorías fue con respecto a la influencia de la gravedad sobre la luz. Aunque la dinámica clásica predice que la gravedad de una estrella puede desviar la trayectoria de un fotón, Einstein consideró esto como una aproximación cruda de lo que realmente estaba sucediendo. No era la gravedad de la estrella que estaba tirando del fotón (como Newton lo veía), sino que la estrella creó una curva en el espacio, algo así como una persona de pie sobre un trampolín crea una curva en la superficie. El fotón es como una bola rodando sobre el trampolín, y simplemente seguirá la curva. Desde la perspectiva del fotón, siempre viajaba en línea recta; Es la deformación del espacio-tiempo lo que causa su desviación. Por lo tanto, la gravedad es una manifestación de la curvatura del espacio.
Todas las masas causan una curvatura del espacio-tiempo, pero el efecto es sutil, y probar la teoría de Einstein requeriría objetos muy masivos, como las estrellas. Hoy en día, los astrónomos que miran profundamente el cosmos observan objetos masivos como las galaxias mientras deforman el espacio-tiempo y alteran el camino de los fotones que pasan, en un efecto llamado lente gravitacional. La luz de los objetos que se encuentran más allá del objeto masivo literalmente aparece en un lugar diferente en el cielo.
Pero a principios del siglo XX esas observaciones aún no eran posibles. Europa estaba en medio de la Primera Guerra Mundial, que mantuvo el trabajo de Einstein aislado principalmente a la comunidad científica de habla alemana. Sin poder probar experimentalmente su nueva teoría, la idea de Einstein podría haber languidecido indefinidamente en un diario en una polvorienta estantería de la biblioteca.
Sin embargo, el astrónomo británico Sir Arthur Eddington estaba prestando atención a las nuevas y extravagantes ideas de Einstein después de recibir la noticia del físico holandés Willem De Sitter (Holanda fue una nación neutral durante la Primera Guerra Mundial) y se dio cuenta de que podría dirigir un experimento para probar la teoría.
El 29 de mayo eclipse solar total en 1919. Crédito de la imagen: Public Domain
La prueba del eclipse
Como el sol es el objeto más masivo de nuestro sistema solar, su curvatura del espacio-tiempo sería el ejemplo más notable en el universo local. Pero para probar la teoría de Einstein, los astrónomos tendrían que estudiar las posiciones de estrellas de fondo cerca del borde del sol (es miembro). Como el sol es tan brillante, esto normalmente sería un mandado de un tonto - el resplandor del sol haría tal observación imposible.
Y entonces ocurrió el eclipse de 1919.
Durante un eclipse solar total, la Luna orbita directamente frente al sol, bloqueando completamente la luz del disco solar. Estos bellos acontecimientos permitieron a los habitantes de la Tierra conocer por primera vez la atmósfera magnetizada del sol -la corona- antes de la invención del telescopio. La luna actúa como un occulter natural que bloquea el fulgor del sol, revelando estructuras en el fulgor relativamente débil de los gases corona.
En 1917, Sir Frank Watson Dyson, astrónomo real de Gran Bretaña, había concebido un experimento que trazaría las posiciones de las estrellas de fondo cerca de la extremidad del sol durante un eclipse - un experimento que Eddington llevaría dos años más tarde. Si las posiciones de las estrellas pudieran ser medidas con precisión durante el eclipse de 1919 y luego comparadas con sus posiciones normales en el cielo, los efectos del espacio-tiempo deformado podrían observarse, más allá de lo que predeciría la mecánica clásica de Newton. Si la posición de las estrellas se alteró exactamente de la manera que la teoría de Einstein predijo que deberían ser, entonces esto podría ser sólo la prueba de la relatividad general necesaria. Eddington probablemente sabía que si esta prueba confirmaba la teoría de la relatividad general, cambiaría la visión del universo newtoniano en su cabeza.
Esta fotografía del eclipse solar total del 29 de mayo de 1919 muestra una de las estrellas utilizadas para confirmar la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. El punto rojo muestra donde la estrella habría estado sin la interferencia del sol.
Esta fotografía del eclipse solar total del 29 de mayo de 1919 muestra una de las estrellas utilizadas para confirmar la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. El punto rojo muestra donde la estrella habría estado sin la interferencia del sol. Crédito de la imagen: Royal Observatory, Greenwich
Siguiendo el ejemplo de Eddington, la Royal Society y la Royal Astronomical Society organizaron expediciones a los trópicos de Brasil ya la isla de Principe, en la costa occidental de África, donde el eclipse total sería visible. Ocurrió que el período de totalidad (el período de tiempo que la luna bloquea toda la superficie del sol) para el eclipse de 1919 fue uno de los más largos del siglo XX, que se extendió alrededor de 6 minutos. Esto demostró ser un tiempo amplio para que los astrónomos midieran las ubicaciones relativas de las estrellas en el grupo de Hyades que estaba útilmente situado cerca de la rama solar en ese momento.
Aunque el espacio-tiempo deformado desvió la luz de las estrellas por una cantidad minúscula (invisible al ojo desnudo), las observaciones de Brasil y de Principe fueron analizadas por Eddington y las predicciones generales de la relatividad concordaron con la observación. La deformación del espacio-tiempo por la masa del sol era real y el espacio inerte de Newton había sido reemplazado por una nueva teoría. Cuando el New York Times publicó la noticia el 7 de noviembre de 1919, Einstein se dio a conocer no sólo a los científicos, sino también a los no científicos.
Desde el eclipse más importante hace 98 años, la relatividad general ha sido probada de muchas otras maneras, demostrando cada vez que la visión distorsionada de Einstein del espacio-tiempo es en gran parte el universo en que vivimos.
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Por Ian O'Neillpara Space.com Mayo 29 de 2017
El 21 de agosto, los Estados Unidos continentales serán tratados con un eclipse solar total que deslumbrará a la nación a medida que avanza de costa a costa, comenzando en Oregon y terminando en Carolina del Sur.
El evento será una gran oportunidad para revisar un experimento revolucionario que ocurrió durante un eclipse solar total, y ayudó a confirmar la teoría de Albert Einstein de la relatividad general. La Agencia Espacial Europea se ha referido a este evento celestial como "probablemente el eclipse más importante en la historia de la ciencia".
Ese experimento histórico se llevó a cabo el 29 de mayo de 1919, hace exactamente 98 años.
Albert Einstein fue una celebridad global durante gran parte de su vida, pero fue un eclipse solar total que ayudó a lanzar al científico a la fama internacional. Crédito de la imagen: Central Press/Stringer/Getty
Newton contra Einstein
En 1915, Einstein publicó cuatro artículos innovadores que introdujeron su teoría de la relatividad general. Pero en aquel momento, el físico teórico nacido en Alemania apenas era conocido por el público, y los miembros de la comunidad científica estaban luchando su nueva teoría de frente, según informes en el New York Times. Alrededor de este tiempo, el modelo de Sir Isaac Newton de la mecánica clásica - formulado en su libro de 1687 "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" - gobernó, y el trabajo de Einstein se encontró con el máximo escepticismo.
Uno de los principios clave de la relatividad general es que el espacio no es estático. Los movimientos de los objetos pueden cambiar la estructura del espacio. Por el contrario, en la visión de Newton del universo, el espacio es "inerte".
En opinión de Einstein, el espacio se combina con otra dimensión - el tiempo - que crea un "tejido" universal llamado espacio-tiempo. El objeto viaja a través de este tejido, que puede ser deformado, doblado y retorcido por las masas y movimientos de los objetos dentro del espacio-tiempo.
Un ejemplo de la divergencia de estas dos teorías fue con respecto a la influencia de la gravedad sobre la luz. Aunque la dinámica clásica predice que la gravedad de una estrella puede desviar la trayectoria de un fotón, Einstein consideró esto como una aproximación cruda de lo que realmente estaba sucediendo. No era la gravedad de la estrella que estaba tirando del fotón (como Newton lo veía), sino que la estrella creó una curva en el espacio, algo así como una persona de pie sobre un trampolín crea una curva en la superficie. El fotón es como una bola rodando sobre el trampolín, y simplemente seguirá la curva. Desde la perspectiva del fotón, siempre viajaba en línea recta; Es la deformación del espacio-tiempo lo que causa su desviación. Por lo tanto, la gravedad es una manifestación de la curvatura del espacio.
Todas las masas causan una curvatura del espacio-tiempo, pero el efecto es sutil, y probar la teoría de Einstein requeriría objetos muy masivos, como las estrellas. Hoy en día, los astrónomos que miran profundamente el cosmos observan objetos masivos como las galaxias mientras deforman el espacio-tiempo y alteran el camino de los fotones que pasan, en un efecto llamado lente gravitacional. La luz de los objetos que se encuentran más allá del objeto masivo literalmente aparece en un lugar diferente en el cielo.
Pero a principios del siglo XX esas observaciones aún no eran posibles. Europa estaba en medio de la Primera Guerra Mundial, que mantuvo el trabajo de Einstein aislado principalmente a la comunidad científica de habla alemana. Sin poder probar experimentalmente su nueva teoría, la idea de Einstein podría haber languidecido indefinidamente en un diario en una polvorienta estantería de la biblioteca.
Sin embargo, el astrónomo británico Sir Arthur Eddington estaba prestando atención a las nuevas y extravagantes ideas de Einstein después de recibir la noticia del físico holandés Willem De Sitter (Holanda fue una nación neutral durante la Primera Guerra Mundial) y se dio cuenta de que podría dirigir un experimento para probar la teoría.
El 29 de mayo eclipse solar total en 1919. Crédito de la imagen: Public Domain
La prueba del eclipse
Como el sol es el objeto más masivo de nuestro sistema solar, su curvatura del espacio-tiempo sería el ejemplo más notable en el universo local. Pero para probar la teoría de Einstein, los astrónomos tendrían que estudiar las posiciones de estrellas de fondo cerca del borde del sol (es miembro). Como el sol es tan brillante, esto normalmente sería un mandado de un tonto - el resplandor del sol haría tal observación imposible.
Y entonces ocurrió el eclipse de 1919.
Durante un eclipse solar total, la Luna orbita directamente frente al sol, bloqueando completamente la luz del disco solar. Estos bellos acontecimientos permitieron a los habitantes de la Tierra conocer por primera vez la atmósfera magnetizada del sol -la corona- antes de la invención del telescopio. La luna actúa como un occulter natural que bloquea el fulgor del sol, revelando estructuras en el fulgor relativamente débil de los gases corona.
En 1917, Sir Frank Watson Dyson, astrónomo real de Gran Bretaña, había concebido un experimento que trazaría las posiciones de las estrellas de fondo cerca de la extremidad del sol durante un eclipse - un experimento que Eddington llevaría dos años más tarde. Si las posiciones de las estrellas pudieran ser medidas con precisión durante el eclipse de 1919 y luego comparadas con sus posiciones normales en el cielo, los efectos del espacio-tiempo deformado podrían observarse, más allá de lo que predeciría la mecánica clásica de Newton. Si la posición de las estrellas se alteró exactamente de la manera que la teoría de Einstein predijo que deberían ser, entonces esto podría ser sólo la prueba de la relatividad general necesaria. Eddington probablemente sabía que si esta prueba confirmaba la teoría de la relatividad general, cambiaría la visión del universo newtoniano en su cabeza.
Esta fotografía del eclipse solar total del 29 de mayo de 1919 muestra una de las estrellas utilizadas para confirmar la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. El punto rojo muestra donde la estrella habría estado sin la interferencia del sol.
Esta fotografía del eclipse solar total del 29 de mayo de 1919 muestra una de las estrellas utilizadas para confirmar la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. El punto rojo muestra donde la estrella habría estado sin la interferencia del sol. Crédito de la imagen: Royal Observatory, Greenwich
Siguiendo el ejemplo de Eddington, la Royal Society y la Royal Astronomical Society organizaron expediciones a los trópicos de Brasil ya la isla de Principe, en la costa occidental de África, donde el eclipse total sería visible. Ocurrió que el período de totalidad (el período de tiempo que la luna bloquea toda la superficie del sol) para el eclipse de 1919 fue uno de los más largos del siglo XX, que se extendió alrededor de 6 minutos. Esto demostró ser un tiempo amplio para que los astrónomos midieran las ubicaciones relativas de las estrellas en el grupo de Hyades que estaba útilmente situado cerca de la rama solar en ese momento.
Aunque el espacio-tiempo deformado desvió la luz de las estrellas por una cantidad minúscula (invisible al ojo desnudo), las observaciones de Brasil y de Principe fueron analizadas por Eddington y las predicciones generales de la relatividad concordaron con la observación. La deformación del espacio-tiempo por la masa del sol era real y el espacio inerte de Newton había sido reemplazado por una nueva teoría. Cuando el New York Times publicó la noticia el 7 de noviembre de 1919, Einstein se dio a conocer no sólo a los científicos, sino también a los no científicos.
Desde el eclipse más importante hace 98 años, la relatividad general ha sido probada de muchas otras maneras, demostrando cada vez que la visión distorsionada de Einstein del espacio-tiempo es en gran parte el universo en que vivimos.
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