domingo, 4 de octubre de 2009

ALBERT EINSTEIN (IV): COMO SE COMPROBÓ LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD GENERAL


- En el artículo de 1905 sobre la relatividad especial, Einstein materializó sus conjeturas infantiles cuando se veía a sí mismo cabalgando en un rayo de luz, ya en su adultez al parecer tuvo el haz inspirador concreto al observar el reloj de la ciudad de Berna, haciendo suposiciones sobre si el bus donde viajaba se aproximaba a la velocidad de la luz vería las manecillas del reloj detenida, fue el primer verso con el que empezaba a construir su sinfonía: en el reloj el tiempo transcurriría con normalidad, pero en el bus viajando a velocidades cerca de la luz, la luz del reloj no la podría alcanzar y a mayor velocidad más lento pasaba el tiempo; esa idea dio origen a la relatividad especial que afirmaba que tiempo y espacio estaban ligados íntimamente en una unidad flexible de espacio y tiempo, los cuales antes eran vistos paralelamente y el espacio considerado hasta entonces como un contenedor estático ahora le daba vida. En ese intrascendente viaje en bus se le reveló un secreto del universo, pero era una afirmación demasiado revolucionaria y era propuesta por un desconocido técnico de patentes, sin ligazón laboral científica, rechazado por colegios y universidades, evidentemente la reacción inicial fue de una incredulidad e indiferencia muy fría en un silencio que lo deprimió, hasta que en unos meses llegaron a manos de Max Planck el físico teórico más eminente de Europa y editor de “Analenn der physic” la revista científica más importante de la época quien ya intuía el valor de la madera del desconocido autor. El artículo se publica en el Volumen 17 del número de Junio de 1905 en un inicialmente silencioso hito científico de todos los tiempos.
- Si bien la solo publicación de su novedosa teoría supuso un gran paso virtual cuyo valor aún lo intuían solo algunos versados, se siguió de un periodo de silencio en la reacción de la comunidad científica y una posición reacia en mucho para tan radical posición, Einstein necesitaba una comprobación práctica que le diese un espaldarazo contundente y borre toda sombra de dudas, era una hipótesis demasiado importante para no requerirlo. En ese periodo intenta nuevamente integrarse a la vida académica presentando su artículo sobre la Relatividad a la Universidad de Berna convencido de la calidad de su trabajo pero sufrió un enésimo rechazo, siendo aún considerado abstruso por muchos conservadores y prosiguió en su oficina, aunque ya algunos que curiosearon su trabajo ya intuían su talento emergente como superlativo, por mucho tiempo fue una propuesta polémica para tomarla explícitamente.
- Movido por su insatisfacción por las restricciones de la primera parte de la Teoría, esboza la generalización de la misma y propone que la atracción gravitacional entre dos masas genera la distorsión o combamiento del espacio euclídeo inmediatamente circundante, involucrando un grado de precisión superior a lo previsto por la ley de gravitación universal de Newton – que consideraba al espacio plano y al tiempo como absoluto –, si bien se vale de algún elemento de esta ley precursora pero aportando nuevas predicciones distintivas de ella; necesitando algunos artificios y argumentos para poner a prueba su Teoría General se le ocurren tres indicios esclarecedores:
.Las inconsistencias observadas en el recorrido orbital de Mercurio.
.El corrimiento hacia el rojo de la representación espectral de la luz emitida por una estrella de gran masa.
.Finalmente la principal de ellas, la deflección o curvamiento de la luz estelar al alcanzar sus rayos las proximidades del Sol.
- Con la enorme capacidad de razonamiento visual que lo caracterizaba, luego de 4 años de intentar dar forma a su propuesta, se le ocurrió cómo podría comprobar empíricamente su teoría, razonó que al hacer pasar un haz de luz por un espacio curvo – si bien el rayo de luz siempre se mueve en línea recta – se vería desviado, pero se necesitaba un cuerpo con la suficiente gravedad para curvar el espacio y doblar un haz de luz, y ese era el sol, de tamaño 300.000 veces mayor que la tierra. Al pasar un rayo de luz proveniente de una estrella lejana alrededor del sol, el haz debía doblarse al pasar por el campo gravitacional del sol ya que el espacio que lo rodea es curvo, el siguiente problema es que en la práctica la luz solar intensa es tan brillante para dejar ver cualquier luz de un astro vecino en el firmamento, entonces se buscaría un momento en que se pueda ver al sol sin ser cegado, y ese momento sería durante una eclipse total solar con la luna interponiéndose frente al sol y dejando ver las otras estrellas detrás de ella, la luz de ellas llegaría con cierta inclinación que dan la impresión que las estrellas se movieron desplazadas como rodeando al sol. Se necesitaban fotos para demostrar esa aventurada afirmación y los encargados de realizar esos trabajos eran los astrónomos o astrofísicos.
- El siguiente detalle era que los eclipses de sol, al margen de verse cada cierto tiempo, sólo se veían en un área terrestre limitada ya que la sombra proyectada por la luna mide apenas unos kilómetros de ancho y se depende mucho del capricho de las nubes que permitan observarlos; al revisar el calendario de eclipses, el siguiente próximo estaba programado para el 21 de Agosto de 1914 y el mejor lugar para observarlo era en un incómodo lugar tomando en cuenta la situación política del momento, Crimea en Rusia, cuando ya sonaban los tambores previos a la primera guerra mundial.
- Con la seguridad que tenía en sus cálculos, Einstein publica en 1912 sus predicciones y hace una invocación a la comunidad de Astrónomos para probar con dicho experimento en una eclipse, la validez de su teoría, pero no recibió como respuesta más que silencio, era difícil encontrar un astrónomo con tiempo, dispuesto y con el respectivo financiamiento de respaldo, llegando a escribir explícitamente a muchos de ellos haciendo su pedido pero ningún astrónomo estaba libre para embarcarse en tal empresa, fue una primera decepción en una larga lista, Einstein debía armarse de mucha paciencia de ahora en adelante en su búsqueda de la verdad.
- Hasta que la propuesta llegó a conocimiento de un jovencísimo asistente del observatorio de Berlín, Irving Finlay Froilich de apenas veintitantos años, quien con sus ímpetus juveniles y hambre de fama respondió dispuesto, viajó a encontrarse con Einstein cambiando el destino de su luna de miel y de pronto se encontró con el genio que lo presentó en una conferencia como quien iba a ayudarlo en su demostración. Para tal expedición Froilich solicitó el financiamiento de sus jefes, lo cual se le negó y entonces como segunda opción envió su solicitud a William Wallace Campbell, director del observatorio de Lick cerca de San José California en EEUU, un reducto de la astronomía que contaba con el telescopio refractor más grande del mundo, además Campbell era un innovador y experto en fotografía de eclipses, en un tiempo en que ya se había dejado atrás las observaciones subjetivas y apoyada en dibujos. Le sugirió ir a Rusia para tal evento y así poner a prueba la nueva teoría de la gravedad de Einstein, Campbell captó la oportunidad que se le presentaba y a sabiendas de lo importante que sería para su observatorio aceptó.
- La confianza de Einstein en su teoría era tal que cuando pasaba momentos de crisis en su matrimonio al instalarse en Berlín – cuando se mudó allá para incorporarse al nuevo instituto “Kaiser Wildhelm II” y decidió divorciarse –, ofreció a su esposa Mileva a cambio de darle el divorcio y que ella críe a los niños, el dinero del premio Nobel que esperaba ganar por uno de sus artículos en especial su teoría de la relatividad, aunque ella estaba escéptica, era casi una apuesta, y para ello necesitaba indispensablemente del trabajo fotográfico de Froilich y Campbell quienes ya habían decidido viajar a Rusia.
- Así ambos astrónomos se embarcaron desde Berlín por tren en un largo viaje a Crimea en Rusia llevando lo mejor de su equipo, con 4 cámaras astronómicas, tenían confianza en el clima y recoger buenas imágenes desde dos lugares distintos al sureste y cerca de Kiev. Desgraciadamente los avisos de guerra se concretan cuando mientras ellos estaban en tal aventura, el 11 de Junio de 1914 es asesinado el Archiduque de Austria Francisco Fernando y el Kaiser declara la guerra a Rusia; sin tener como advertirles a ambos, un día, los soldados rusos intervienen sus campamentos, requisan el equipo y apresan a Froilich y sus asistentes bajo sospecha de espionaje, mientras Campbell por ser americano y neutral es dejado libre, Froilich quedó luego varios meses preso y no llegó a observar el eclipse y Campbell tuvo mala suerte con las nubes y tuvo que dejar su valioso equipo; fue una nueva derrota para Einstein sumado al desastre de los expedicionarios, luego el desarrollo de la guerra cortó las comunicaciones entre científicos. De regreso a EEUU Campbell se preparó para el siguiente eclipse pero sin sus colaboradores alemanes que por motivos del conflicto ahora se veían del lado contrario al involucrarse EEUU después, el siguiente eclipse sería para Junio de 1918.
- A mediados de esa década en medio de los albores de la primera guerra mundial, Einstein ya hostilizado en Alemania por su abierto pacifismo contrario a la guerra, se refugia en la ciencia, empieza a revisar sus ecuaciones y al revisar sus cálculos sobre la desviación de la luz mientras rodeaba al sol, se dio cuenta fortuitamente que había un error a corregir, es más, si Froilich se hubiese permitido una buena observación del eclipse habría encontrado que la desviación de la luz era la mitad de lo predicho originalmente, lo que hubiese desacreditado su teoría; mientras desde hace tres años pedía que los astrónomos salgan a fotografiar para verificar su teoría, esta tenía errores en sus ecuaciones, la frustración de las expediciones le salvaron el crédito.
- En 1915, a casi 10 años de presentar su Teoría Especial, se le solicitó presentarla en un foro en la Academia Prusiana con los científicos más prestigiosos de Alemania, pese a los acontecimientos políticos en Europa, esta era una isla de discusión intelectual, pero aún su relatividad tenía dos problemas importantes: faltaba su demostración experimental y descubría en ella algunos errores de cálculo; debía corregirla y terminarla, para ser comprobada, con esos errores las frustradas expediciones anteriores lo habrían desacreditado. Einstein acostumbraba trabajar apasionadamente en cálculos para describir la deformación del espacio y usando el ensayo-error desechó muchas propuestas, estando a poco de terminar y previo a su cita en la Academia prusiana es invitado a la universidad de Gottinka, y durante esa presentación estaba presente David Gilbert un eminente matemático de los más grandes de todos los tiempos, Einstein expuso algunos problemas pendientes de su teoría y Gilbert asumió también el reto y ambos se enfrascaron en una carrera por la solución de la relatividad general para desentrañar el secreto de la luz y la gravedad en un duelo de gigantes de la física y las matemáticas cuando el problema estaba en el plano de los números, era una carrera pundonorosa de ambos donde se creía hallar la solución y luego se desechaban, cuando finalmente Einstein se ilumina y rescata de algunos papeles ya desechados, recurre a una solución que había desdeñado en 1912 por parecerle físicamente muy extraña e inaceptable, volvió a probarla y esta encajaba como su solución. Se trataba de un viejo problema astronómico que intrigaba a la astronomía desde Newton, sobre la órbita de Mercurio que no cumplía estrictamente la órbita predicha por las leyes de Newton en una órbita por momentos inclinadas y describiendo un patrón tipo pétalos de flor conocida como el perihelio de Mercurio. Supuso que su propuesta sobre la gravedad podía explicar esa rebeldía de Mercurio mejor que la ley del cuadrado inverso, así en un monumental cálculo de su órbita acertó casi a la perfección, sus ecuaciones concordaban con el movimiento de los cuerpos celestes, estaba en lo correcto y resolvió las ecuaciones faltantes casi al mismo tiempo que Gilbert quien reconocía que la Teoría era de Einstein.
- Para 1915 Einstein confiaba en tener la ecuación final de su teoría de la gravedad casi a tiempo de su cita con la Academia Prusiana y la presentó en una corta conferencia elucubrando como el espacio y el tiempo interactúa con la materia en una visión novedosa del universo todo, retando atrevidamente el andamiaje newtoniano aunque por entonces sin la evidencia experimental, y era justamente lo que ahora perseguía, pero este tramo no dependía de él sino de los astrónomos y sus fotos. Así publicó la teoría con la ecuación corregida en 1916 y se toma un receso creativo en medio de las carencias de la guerra y estragos en su salud y se muda finalmente a vivir con su prima Elsa quien velaría por él y con quien se casaría luego. Durante la primera guerra mundial se encerró en su estudio Berlinés a pensar y pensar.
- Finalmente en este ajetreo, las noticias de la Teoría de la relatividad llegan en una encomienda personal en Febrero de 1916, como una primicia en Inglaterra hasta el científico británico de la Universidad de Cambridge y director del observatorio de la misma, Arhur Eddintong, quien además era cuáquero, religioso y profesaba junto a su secta una oposición a la guerra por lo que muchos de ellos habían sido arrestados; aunque los sentimientos patrióticos habían cerrado el diálogo científico, Eddintong supo que también Einstein no estaba a favor de la guerra y que incluso escribió un manifiesto en contra de ella, lo que ganó empatías entre 2 opositores al sistema, aislados en sus patrias, intuyó que era una teoría de las más importantes desde Newton y se decidió a tomar ese reto, pero la siguiente eclipse para febrero de 1918 se vería en EEUU y Eddintong estaba atrapado por la guerra en su país sin poder enviar alguna expedición, así el siguiente evento se vería en Goldendale cerca de Washintong y del observatorio de Lick, Campbell tenía la mesa servida entonces, pero sin su mejor equipo que quedó atrapado en Rusia en 1914, empezó a rearmar un par de cámaras desde partes obteniendo solo equipos de regular calidad y las llevó al lugar del evento con todos su contingente con el objetivo de fotografiar las estrellas. Aquel día el 8de junio de 1918 estas emergieron brevemente mientras se desarrollaba el eclipse, la mayor parte del tiempo el cielo estuvo nublado y por un instante justo se permitió un claro para sus fotos, estas luego fueron confiadas por Campbell a su más experimentado astrónomo, Herbert D. Curtis para el análisis de las fotos, utilizando un sistema de coordenadas ubicando la estrella seleccionada para obtener la impresión de si el astro se había desplazado. Einstein predijo un desplazamiento mucho menos de 1 mm lo que era difícil de medir, su Teoría tenía predicciones muy precisas. Debido a la idea que la gravedad era la manifestación de la curvatura del tiempo y del espacio, había que determinar cuanto se deformaba y que sucedía con la materia o la luz en presencia de esa curvatura, calcular y hacer la predicción. Curtis tuvo un arduo trabajo de hojas y hojas y parecía no ocurrir nada fuera de lo normal y todo estar en su sitio, Campbell inclusive ordenó volver a revisar y asegurarse.
- Al terminar la guerra en 1918 con los efectos en los mapas imperiales y el caos post guerra, los científicos alemanes aún no podían salir de Alemania pero los ingleses sí, y Eddintong anunció que iría a Guinea Africa para el siguiente eclipse que se vería el 29 de Mayo de 1919, mientras Cambridge se volvía a poblar de sus alumnos lisiados por la guerra, él partía a una aventura de la que esperaba volver con pruebas de la Teoría, mientras para Febrero en California, Campbell ultimaba detalles y reexaminaba sus placas fotográficas para publicar sus propios resultados que parecían no darle la razón a Einstein en su propuesta sobre la gravedad.
- Eddintong llegó en un viaje de 10 semanas por barco a la Isla de Príncipe frente a las costas de África occidental en Mayo de 1919 a internarse al trópico en pleno verano, arriesgándose a las garras de la malaria y a las alimañas abriéndose camino en plena selva, para luego construir durante un mes su telescopio, y llegado el día de la eclipse, se encontró en medio de una lluvia tropical, pero esta permitió un claro que dejó ver la luna negra y empezaron a fotografiarla, es de imaginar lo tedioso de colocar placa por placa en un equipo de inicios de siglo en medio de esas lluvia selvática buscando una estrella colocada junto al sol, aunque gran parte de las placas eran opacadas por las nubes, tenía un buen grupo de utilidad, luego iniciaron las mediciones en plena selva ante la expectativa del propio Einstein quien tenía enormes esperanzas de esa expedición, pero debido al clima post guerra no le pareció bien comunicarse directamente con un astrónomo inglés. En paralelo se realizó otra expedición británica en la ciudad de Sobral en Brasil a cargo de Sir Frank Dyson.
- Eddintong regresaba a Cambridge, mientras Campbell arribaba a Londres para presentar los resultados de su expedición de Febrero de 1918 ante la Real sociedad astronómica, tenía una gran responsabilidad en cuanto a la veracidad de ella y así anunció que según las medidas del observatorio de Lick: “Einstein estaba equivocado”, pero en un viro del destino, llega un cable de Eddintong que anunciaba que sus resultados preliminares daban la razón a Einstein aunque en unos meses recién culminaría con la interpretación completa. Campbell quien además estaba a punto de publicar esos resultados contrarios en EEUU, temeroso ante esta contradicción comunica con urgencia a sus asistentes en los términos “posponer resultados de Einstein”. Habían para entonces 2 versiones contradictorias.
- El 6 de Noviembre de 1919, cuatro meses después de terminado su trabajo, en un día histórico para la ciencia, Eddintong se presenta ante la Real Sociedad Astronómica y ante el busto de su fundador Isaac Newton hace una simbólica disculpa al ícono Newtoniano ante la justificada expectativa de la comunidad de la física y con un lleno de estadio, anuncia: “Las mediciones de las placas llevan a la conclusión que el desvío de 1.75 segundos de arco junto al sol que predijo la Teoría de la relatividad general fue corroborado por la desviación del eclipse”. ¡El espacio se combaba y se podía viajar en el tiempo!. Einstein entraba ese día a la historia con fanfarrias por la puerta principal, la reacción mundial fue de gran interés y ovación, trascendiendo ante el vulgo además, y EEUU lo reconocía como una estrella, y en su propio país la prensa se rendía, había sentado una nueva visión del universo y las consecuencias inimaginables en cuanto a una fama que él no pidió.
- Pero en medio de su celebridad y luego de las expediciones, persistían sectores de la comunidad científica que aún no daban crédito de su teoría y hasta prensa como del New York times lo cuestionaba, en la propia Alemania quedaba una hostilidad por motivos de tipo nada científicos, algunos acusaban a Eddintong de sesgo debido a un afán conciliador de post guerra, y las mediciones de Campbell aún estaban allí, era lógico que se requería una nueva expedición dirimente que confirme o desacredite muchos prestigios. El siguiente eclipse rentable se vería en el extremo occidental de Australia en dos años más en Septiembre de 1922.
- En ese entretiempo Einstein inicia una gira y es recibido en EEUU con gran celebridad, pese a que un recalcitrante sector aún debatía la validez de su teoría hasta ver un nuevo experimento. Campbell decidido a dar el veredicto final rediseña un potente equipo, esta vez eran siete las expediciones que anunciaban viajar con ese fin, incluyendo al mismo Froilich desde Inglaterra quien tuvo el día del eclipse cielo nublado, la India envió colonos ingleses quienes tuvieron problemas técnicos, Canadá, Australia con equipos que no funcionaron también enviaron, pero Campbell en su tercera experiencia estaba mas apto y obtuvo excelentes placas que corroboraron la desviación predicha, era el capítulo sentencioso y final. Campbell telegrafió a Einstein su contundente observación.
- Aunque dicho fenómeno ocurría en la cotidianidad desde el inicio de los tiempos: el espacio tiempo que rodeaba al sol era curvo, pero la gravedad tenía una nueva forma conceptual, la especie humana recién la aceptaba 15 años después de su primera propuesta, era una hazaña de intelectualidad pura. La disculpa de la comunidad científica llegó también relativamente, lo habían relegado en los Premios Nobel en los últimos tres años pese a los resultados de Eddintong de 1919, y en 1921 se le otorga el Premio Nobel de Física, pero por su primera joya de 1905 sobre el efecto fotoeléctrico, una partida de nacimiento de la mecánica cuántica y del descifrado del átomo, cuyos seguidores de la especialidad le darían tantos dolores de cabeza en el futuro en un conflicto de puntos de vista. Esos años de demencia bélica y nacionalista – que solo hacía un intermedio para volver a rugir en 1940 en la segunda gran guerra - dejaban una figura inédita dentro del escenario de íconos mundiales: un frágil y nada petulante físico teórico con una historia fascinante tras de sí y adoptado en adelante por la cultura popular como un símbolo de genialidad, del bien, pacifismo y afabilidad. Desde él, buena parte de la ciencia tendría que reescribirse.