Dudas sobre la Relatividad

Intentar entender cómo funciona el universo es una de las tareas más difíciles que ha tenido la humanidad. Por mucho que nos esforcemos y avancemos siempre quedarán enigmas, misterios que queden más allá de nuestro conocimiento, y cuando la ciencia pueda por fin resolver esos misterios surgirán otros, y otros, y otros, en un ciclo que tal vez nunca tenga fin.
Hasta finales del siglo XIX, la ciencia fue resolviendo problemas y encontrando explicaciones lógicas a los misterios del universo. Había fenómenos muy curiosos, algunos desconcertantes, pero cuando por fin la ciencia descubría las causas de esos fenómenos el misterio dejaba de serlo y el universo mantenía una coherencia con las leyes físicas.

En 1887 los físicos Michelson y Morley idearon un experimento para determinar en qué dirección y con qué velocidad se movía el Sol. Suponiendo que la velocidad de la luz es una constante, se trataba de enviar rayos de luz en dos direcciones perpendiculares, una en el sentido de la marcha de la Tierra y la otra en el sentido perpendicular. Como la precisión de los aparatos no era muy buena, se calibrarían con la primera medida, es decir, una vez lanzados los dos rayos perpendiculares, estos eran reflejados en un espejo y regresaban a una cámara donde producían bandas de interferencia. Los espejos se ajustaron entonces hasta que las bandas de interferencia coincidieron con una medida prevista. Teoricamente, al girar todo el sistema 90º los rayos intercambiarian sus direcciones y las bandas de interferencia quedarían desfasadas con respecto a la medida anterior. El desfase permitiría conocer la velocidad de la Tierra con respecto al universo. Una vez restado el movimiento de la Tierra con respecto al Sol, que se conocía perfectamente, se tendría exactamente la dirección y la velocidad del movimiento del Sol.

¡No hubo ningún desfase!.

Los resultados obtenidos por Michelson y Morley, en contra de lo que todos esperaban, parecían demostrar que la Tierra permanecía inmóvil con respecto al universo, lo cual es un absurdo desde el mismo momento en que ni siquiera aparecía reflejada la velocidad de 30 Km/s a la que sabemos fehacientemente que la Tierra viaja en torno al Sol.

El físico irlandés George Francis Fitzgerald propuso que ambas velocidades podían coincidir si los objetos sufrieran una contracción en el sentido de la marcha. Esta contracción podía ser muy reducida a las velocidades normales, hasta el punto de que fuesen inapreciables, y por otro lado, como el observador también sufriría la misma contracción, le sería imposible percibirla.
Como esa teoría parecía explicar perfectamente el experimento de Michelson-Morley, fue aceptada por el mundo científico.

Sobre esta fórmula se ha construido todo el edificio matemático que llega hasta la teoría de la relatividad.

Intentar atacar la hipótesis de la contracción de los objetos parece un ataque a la misma base de la Teoría de la Relatividad, y eso es algo que resulta muy difícil de hacer, principalmente porque la Teoría de la Relatividad ha demostrado su validez en numerosos campos de la física. Atacar la teoría de la contracción de los cuerpos es como atacar la Teoría de la Relatividad, lo que para muchos científicos sería considerado como una herejía.

Sin embargo existe otra posible explicación al experimento de Michelson-Morley, y sus resultados serían coherentes con la teoría de la contracción de los cuerpos en movimiento, por lo que las deducciones posteriores realizadas por Einstein seguirán siendo válidas. Más que válidas, con esta nueva explicación se pueden resolver varias paradojas que hasta el momento ni siquiera la Teoría de la Relatividad ha sido capaz de explicar.

Una de las mejores formas de entender la gravedad es suponer que el universo es una tela elástica sobre la cual van rodando esferas de más o menos tamaño. Cada una de esas esferas causa una depresión en el tejido y esta depresión se extiende en todas direcciones. Cuando una esfera pequeña pasa cerca de otra mayor, el tejido está inclinado en dirección a la esfera mayor y la esfera pequeña cambia su trayectoria. Si se dan ciertas condiciones de velocidad y trayectorias, una esfera pequeña podría quedar en órbita de una esfera mayor, pudiéndose incluso reconstruir todo el sistema solar, con el Sol, los planetas y satélites. El comportamiento de esas esferas sobre el tejido elástico sería una aproximación muy grande al verdadero comportamiento de los planetas en el espacio.

Según Einstein también la luz se vería desviada por esta torsión del espacio y esto se pudo comprobar en 1919 durante un eclipse solar, al verse junto al borde solar, oculto por la luna, una estrella que teóricamente debía estar tras el disco solar, prueba inequívoca de que efectivamente el sol deformaba el espacio en su entorno.

De hecho, esta forma de explicar la gravedad resolvió un problema que había traido de cabeza a muchos astrónomos durante bastante tiempo.
Las órbitas de los planetas están perfectamente determinadas. Gracias a Kepler y Newton, sabemos exactamente cómo se comportan los planetas. Sin embargo, durante muchos años, los astrónomos de todo el mundo observaban que Mercurio no se ajustaba exactamente a las predicciones matemáticas, parecía viajar más rápido de lo que por su distancia al Sol debería hacer.
Sin embargo, al fijarnos en el ejemplo de la tela elástica, empezamos a ver una solución. El Sol deforma el tejido espacial. Si un segmento de ese tejido, una línea dibujada en él es deformada en sentido longitudinal aumentará la longitud del segmento.

En la parte superior de este gráfico vemos una línea que mide trescientos millones de kilometros.
Debajo hemos dibujado una línea que mide lo mismo, pero está deformada por la presencia de una estrella en su centro, en este caso el Sol. A la izquierda de la estrella podemos apreciar el planeta Mercurio, a 58 millones de kilómetros del Sol.
Pues bien, aunque intuitivamente tenemos la impresión de que la línea inferior es más larga que la superior, no es así, ambas miden exactamente lo mismo. Lo que ocurre es que el espacio está estirado, pero siendo el espacio el que define las distancias, si el espacio se estira también lo hacen las medidas.

Sencillamente, si llevamos un metro a la órbita de Mercurio y lo colocamos apuntando al Sol, el metro aparentará estirarse, pero no porque se estire en sí, sino porque es el mismo espacio el que está deformado.

De ahi que cuando realizamos todos los cálculos necesarios para establecer la situación precisa de Mercurio con respecto al Sol, si no tenemos en cuenta la forma en que el espacio es deformado creeremos que Mercurio está más lejos del Sol de lo que realmente está.

Es decir, que una masa muy grande (el Sol, los planetas, en realidad cualquier masa por pequeña que sea) causa una deformación del espacio en su entorno. Esa deformación se extiende teóricamente hasta el infinito aunque a cierta distancia llega un momento en que la deformación resulta inapreciable.

Pero recordemos que el ejemplo de la tela elástica no es más que una simplificación a dos dimensiones, lo que ocurre realmente es que el Sol “tira” del espacio a su alrededor en todas direcciones estirando las distancias en las direcciones que apuntan al Sol.

En este gráfico podemos ver cómo alrededor de un punto del espacio hemos trazado una serie de esferas concéntricas. La distancia entre cada una de esas esferas es siempre la misma, vistas desde el punto de referencia que se desee.

Si ahora añadimos un Sol en el centro del esquema vemos cómo la masa del Sol "tira" de las líneas hacia adentro, atrae el espacio de su entorno y lo concentra en su interior. Si hay un objeto entre la segunda y la tercera línea contando desde fuera, este objeto parecerá estirarse en la dirección al Sol, pero no es así, el objeto seguirá midiendo los mismos metros, aunque en la zona del espacio que está ocupando los metros son más largos en el sentido del sol que en el sentido perpendicular. (La escala graduada se ha añadido para que sea más fácil apreciar la deformación del espacio).

De hecho, para poder comprobar esto bastaría lanzar una barra de un kilómetro de longitud en dirección al Sol haciendo que gire durante su viaje. Visto desde la Tierra la barra parecerá alargarse cada vez que esté apuntando al Sol.
¡Ojo!, para percibir ese alargamiento es preciso que el observador se encuentre bastante lejos, si el observador estuviese a poca distancia de la barra también él sería deformado por la curvatura del espacio y no percibiría ningún cambio, ni en sí mismo ni en la longitud de la barra.

Vemos pues que las masas deforman el espacio y al hacerlo se alteran las distancias. Para ser más precisos, no se alteran las distancias pero esa sería la impresión que tendría cualquier observador lejano, libre de la influencia de esa deformación.

La forma en que una masa transmite su influencia gravitatoria al espacio circundante es constante, no ondulatoria, pero para que sea más fácil seguir representando ejemplos gráficos supondremos que se producen seis ondas gravitacionales por segundo, es decir que la distancia entre dos ondas gravitacionales sucesivas es de cincuenta mil Km.
Si ahora imaginamos una nave espacial de 300.000 Km de largo. tendremos algo parecido al siguiente dibujo.

Aquí vemos una nave espacial de 300.000 Km de longitud detenida en el espacio. Genera ondas gravitacionales en su entorno, y aunque la forma en que se propagarían a su alrededor no es exactamente así, las hemos dibujado como esferas partiendo del centro de gravedad de la nave.

En el interior de esta nave vamos a preparar un experimento.
En el centro de un pasillo que recorre toda la nave se coloca una bombilla que ilumine simultaneamente ambos extremos del pasillo. Unos sensores, al captar la luz, encenderán o apagarán luces en la parte exterior de la nave que podrán ser vistas a gran distancia.
También se encienden luces similares en el centro de la nave cada vez que la bombilla está encendida.

Si estando la nave detenida se enciende la bombilla, nosotros, desde una distancia de varios millones de kilómetros podremos ver cómo se enciende la bombilla del centro de la nave y medio segundo después las dos bombillas de los extremos. Y eso nos permite determinar que la velocidad de la luz es la misma en ambos sentidos de la nave e igual a 300.000 Km/s.

Si la nave se estuviera desplazando a 150.000 Km/s, las ondas gravitacionales que emite la nave (seis por segundo) quedarían descentradas las unas respecto a las otras, quedando las ondas más comprimidas por la parte de proa de la nave y más dispersas en la de popa.

Ahora bien, las distancias se definen respecto al espacio, y si el espacio está deformado, como en este caso, también las distancias están alteradas. Así, la distancia entre dos ondas sucesivas por la parte de proa de la nave es de 50.000 Km, exactamente igual que si cogemos dos ondas sucesivas en la popa de la nave, a pesar de que éstas parecen medir el doble que las anteriores.

Esto tiene una consecuencia que no parece haber sido prevista por la Teoría de la Relatividad.

Si observamos esta nave desde la Tierra, la Teoría de la Relatividad afirma que habrá una contracción de la nave en el sentido de su marcha. Según la teoría que hemos expuesto hasta aquí, eso no es cierto. El espacio se contrae por la parte de proa pero se estira por la de popa. El resultado es que la longitud de la nave, vista desde la Tierra, permanecería invariable, pero el centro de la nave ¡se desplazaría un tercio hacia proa!.

Las personas que estuvieran dentro de la nave no percibirían ningún efecto, podrían desplazarse a todo lo largo de la nave sin percibir ningún cambio aunque en diversos momentos ocuparían lugares del espacio donde un metro sería el doble de largo que en otros. Por todo ello, al repetir el experimento de la bombilla, la luz sigue tardando lo mismo en llegar a ambas paredes visto desde dentro de la nave.
Y también desde fuera: primero se vería encenderse la bombilla del centro de la nave (en realidad, visto desde la Tierra, esta bombilla parece estar a un tercio de la proa), y exactamente medio segundo después, veríamos iluminarse las bombillas de los extremos de la nave.

¿Significa esto que la Teoría de la Relatividad está equivocada?
No completamente.

La Teoría de la Relatividad está basada en unos supuestos erróneos que daban una explicación lógica a unos fenómenos reales. Pero el resultado fue una teoría bastante coherente con la realidad. Si sustituimos esos supuestos erróneos por otros más acertados no significa que haya que derribar todo el edificio teórico, pero sí comprobarlo. Habrá partes de la teoría que sigan conservando su validez, mientras que otras convendrá reformularlas.
Incluso es posible que haya problemas insolubles hasta ahora que con un nuevo punto de vista permitan una fácil solución.