(I) - Del dicho al hecho, hay 100 años.

Con todo el revuelo que se ha armado con esto de las ondas gravitacionales (no es para menos), hemos decidido realizar un pequeño monográfico contando de manera sencilla y sin pretensiones la historia que hay detrás de estos 100 años desde que Einstein formulara su existencia. Seguramente hay partes de esta historia que no están incluidas. Las que si lo están, de una manera asequible y escueta, pero es que el asunto tiene su intríngulis. No es la finalidad de este artículo convertir a nadie en experto en la materia, para eso antes tendríamos que serlo nosotros. Hay multitud de blogs de divulgación en los que escriben personas entendidas y con un bagaje que más quisiera uno. Con el siguiente artículo sólo esperamos despertar tu curiosidad, y a poder ser que aprendas un poquito.

Hacía frío en Berlín aquel 25 de Noviembre de hace ya 101 años, o al menos eso podemos imaginar. Dentro de la Academia Prusiana de Ciencias el ambiente sería algo distinto: El calor de las lámparas y el ajetreo contenido y moderado propio de una institución académica de tamaña importancia (hombres como Diderot, Kant, Voltaire, Euler o Planck han formado parte de esta sociedad) templaban el ambiente. Pero allí, en aquel lugar, ese día pasaría a la historia. Un joven Albert Einstein presentaba al mundo el trabajo con el que cambiaría la forma de concebir el universo: “Zur allgemeinen Relativitätstheorie” (Sobre la Teoría General de la Relatividad).

Albert Einstein en 1920.

Dicho de forma tan sencilla como ofensiva para los que saben de este tema (lo siento, tocayo), La Teoría General de la Relatividad conforma la realidad como un continuo espacio-tiempo compuesto por cuatro dimensiones (X, Y, Z y Tiempo), el cual se curva o deforma debido a la fuerza de la gravitación. A su vez, esta fuerza de la gravitación es ejercida por la masa de los distintos cuerpos o elementos presentes en el universo. Podemos asumir entonces que esta curvatura espaciotemporal es la que determina interacciones entre cuerpos como la órbita terrestre alrededor del Sol. Como bien sentenció John Archibald Wheeler años después: “El espacio dice a la materia como debe moverse; la materia con su gravedad dice al espacio como debe curvarse, deformarse”.

Curvatura del espacio-tiempo ocasionada por la graverdad de la Tierra.

Fuente: NASA.

Pero aquí vamos a lo que vamos, a lo que está de moda: Las ondas gravitacionales.

Pues bien, por si fuera poco, Albert Einstein también predijo la existencia de dichas ondas mediante su Teoría General de la Relatividad.

Las ondas gravitacionales son perturbaciones del espacio-tiempo ocasionadas cuando un cuerpo con una gran masa alcanza una gran aceleración. Esto quiere decir que interacciones que obliguen a dos cuerpos a alcanzar grandes aceleraciones, como la fusión de dos agujeros negros o un pulsar binario*,  acabarán generando una distorsión en la realidad, de forma puntual, mediante pulsos de ondas gravitacionales o chorro de gravitones. De forma similar a cuando arrojas una piedra a un estanque, y la superficie genera ondas concéntricas desde donde ha caído la piedra (este ejemplo también es nuevo).

Y ¿Por qué solo cuerpos con una gran masa pueden generar ondas gravitacionales? Pues bien, en realidad cualquier cuerpo que experimente una cierta aceleración podrá generar ondas gravitacionales, pero estas serán tan débiles que es prácticamente imposible detectarlas. Esto se debe a que la fuerza gravitacional es la de menor intensidad dentro de las interacciones fundamentales. Solo cuerpos con una gran masa y aceleración podrán emitir ondas capaces de ser detectadas. 

Perturbacionaes en el espacio-tiempo ocasionadas por las ondas gravitacionales.

Fuente: NASA.

El concepto de ondas gravitacionales, totalmente nuevo y sin ningún tipo de prueba o verificación experimental, se asentó en la comunidad científica. Al parecer, las analogías entre las ondas gravitacionales y las electromagnéticas del británico Maxwell fueron suficiente.

Pero Einstein no estaba contento. En 1936, ya asentado en Estados Unidos, publicó una serie de artículos con su asistente Nathan Rosen, entre los que destaca el descubrimiento del Puente de Einstein-Rosen, que se conocería en el futuro como “agujero de gusano”.

Junto a Rosen, Einstein escribió un artículo fundamentando el hecho de que, en realidad, las ondas gravitacionales no existían, tirando por tierra parte de su trabajo realizado dos décadas atrás. 

Como cuenta en una carta escrita a Max Born: “Junto a un joven colaborador, llegué al interesante resultado de que las ondas gravitacionales no existen, pese a que se habían asumido como una certeza en una primera aproximación. Esto demuestra que las ecuaciones de campo relativistas generales no lineales pueden decirnos más o, más bien, limitarnos más de lo que habíamos creído hasta ahora.”

El artículo, titulado “Do gravitational waves exist?” fue enviado a la  revista Physical Review Letters, que acabó rechazando la publicación debido a inconsistencias encontradas durante la revisión. Einstein se ve que no llevaba muy bien esto de que le corrigieran y toquetearan los artículos antes de publicarlos, además, anteriormente nunca había experimentado lo que conocemos como una revisión por pares. Este altercado desembocó en una malhumorada respuesta por parte del genio y la proposición de nunca volver a publicar en dicha revista. Que cumplió.

Al final, el malvado revisor que osó contradecir a Einstein consiguió demostrarle, mediante un amigo en común, los errores que había cometido en el desarrollo del artículo. Einstein, habiéndose dado cuenta de sus erratas y lo que ello conllevaba, decidió publicar igualmente su artículo en otra revista, pero con unos resultados totalmente diferentes. Para muestra, el titular del artículo final, publicado en Journal of the franklin Intitute: “On gravitational waves.”

Para todo aquel que quiera saber quién fue aquel valiente revisor, busquen sobre un eminente físico y matemático llamado Howard Percy Robertson. El cual, por cierto, mantuvo su anonimato como revisor tras el asunto.

Howard Percy Robertson, el malvado editor.

Tuvieron que pasar casi cuatro décadas para que, en 1974, los científicos Russel A. Hulse y Joseph H. Taylor, descubrieran el púlsar PSR B1913+16 o Binario Hulse-Taylor, como pasó a conocerse posteriormente. Este púlsar binario está compuesto el mismo púlsar y una estrella de neutrones, orbitando ambos constantemente alrededor de un centro de masa.

Lo que descubrieron al observar con detenimiento los pulsos emitidos por el sistema fue que la órbita que describían ambos cuerpos disminuía de forma sutil pero constante, lo que hacía a su vez que giraran a velocidades mayores. Dedujeron que esta disminución de la órbita del sistema era una evidencia de la emisión de energía en forma de ondas gravitacionales. Este descubrimiento (entre otros) les valió a ambos el premio Nobel de física en 1993.

Sistema binario formado por un púlsar y una enana blanca.

Fuente: © Swinburne University of Technology 2008

En 1984, debido al empeño de Kip S. Thorne, se desarrolló el proyecto LIGO “Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory” (Observatorio de interferometría láser de ondas gravitacionales). Que consta de dos observatorios situados en el estado de Luisiana y Washington (EEUU).

El resto de la historia ya deberían conocerla.

 *Un pulsar binario está compuesto o bien por dos pulsar, o un pulsar acompañado por otra estrella. Un pulsar es una estrella de neutrones que gira sobre si misma a altísimas velocidades, emitiendo de forma regular pulsos de radiación electromagnética.

Fuentes

• La gran ilusión III. Las ondas gravitacionales. Jorge Flores Valdés.
• Introducción a las ondas gravitacionales. Claudia Moreno, R. García-Salcedo, Arturo Lara, Jaime Ramírez. Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingeniería de la Universidad de Guadalajara.
• http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/58/9/10.1063/1.2117822
• http://www.astronomy.com/news/2016/02/even-einstein-had-his-doubts-about-gravitational-waves
• https://www.washingtonpost.com/news/speaking-of-science/wp/2016/02/11/a-brief-history-of-gravity/
• http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1993/press.html