January 12

El mega experimento espacio-tiempo

Hace un par de días mi buen amigo Draco Isfet publicaba una noticia que dio a conocer la NASA sobre los resultados de un experimento que llevó a cabo para comprobar la teoría de Einstein sobre la deformación del espacio-tiempo al rededor de la tierra, de donde surgió una interesante plática.

Para entender la importancia de este experimento primero hay que entender un poco de qué estamos hablando en términos humanos:

Primero visualicemos el tiempo y el espacio como uno solo y no como variables independientes… es decir, así como un punto en una imagen está definido por sus coordenadas (x,y),  y un punto en el espacio 3D está definido por sus coordenadas (x,y,z), imaginemos un “espacio 4D” donde el espacio 3D y el tiempo son parte de un mismo “espacio cuadridimencional”, ambos siendo relativo el uno al otro.

 

Vamos a poner un ejemplo (un experimento que se realizó):  imagina dos relojes atómicos iguales que están sincronizados y se comprueba que en un periodo de tiempo X permanecen sincronizados exactamente el uno con el otro; después, uno de los relojes se deja estático y el otro es transportado en avión durante ese mismo tiempo X. Al regresar y ponerlos nuevamente juntos el uno con el otro, observas ambos y te das cuenta de que el reloj que se mantuvo en movimiento tiene una diferencia de tiempo menor que la del reloj que se quedó estático… 

¿Qué nos dice esto?… que, a diferencia de lo que solemos pensar, se pudo comprobar que el tiempo no corre de manera lineal para todos, sino que el tiempo es relativo al movimiento que un objeto tiene en el espacio… visto de otra forma: si tú tuvieras un gemelo y al cumplir 30 años pudieras viajar por el espacio a la velocidad de la luz, y regresaras 20 años después a la tierra, tu gemelo que se quedó tendría 50 años, mientras que tú seguirías teniendo los mismos 30 que cuando te fuiste…

¿Suena interesante?…

Así pues, por ende, si existe una relación del tiempo y el espacio en un solo “espacio cuadridimencional”, podemos suponer que en realidad no vivimos en un espacio físico euclidiano (donde x,y,z son perpendiculares entre sí) como creemos, sino que el espacio también se deforma: Es decir si tienes una línea recta, y tomas un punto cualquiera en el espacio fuera de esa línea, si el espacio fuera euclideano, solo podría existir una sola línea paralela que pase por ese punto, pero si se puede alterar el espacio respecto al tiempo entonces sería posible tener más de una línea paralela a tu línea recta que pasara por ese punto que has definido.

¿Vamos bien?

Entonces, en el caso de este experimento en particular, la rotación de la tierra debería genera una distorsión en el espacio-tiempo (que de hecho la teoría de Einstein dice que la gravedad es la consecuencia de ésta distorsión)… por lo tanto, la intención de este experimento es comprobar que en efecto existe tal distorsión poniendo un super giroscopio de alta precisión al rededor de la tierra apuntando su eje de rotación hacia una estrella en particular, con el cual se podría detectar si en efecto el espacio se ha deformado.

 

Primero vamos a entender cómo funciona un giroscopio:

Giroscpio

Un giroscopio es un disco o esfera que está girando constantemente sobre un eje, el cual, por la forma de la estructura que lo soporta, anula cualquier fuerza externa que se le quiera aplicar, haciendo que el eje sobre el que rota siempre se mantenga igual. Así pues, en teoría, si pones un giroscopio perfecto en el espacio, y lo haces girar apuntando su eje de rotación hacia una estrella en particular, éste debería permanecer constante independientemente de cómo se mueva el objeto que lo está sosteniendo (el satélite o transbordador, o la estación espacial), e independiente de si se acerca o aleja o gira al rededor del eje de la tierra..

Sin embargo, el reto es que la distorsión que se busca comprobar (dentro de los límites donde buscan hacer las pruebas) es tan pequeña que tecnológicamente es muy complicado tener un giroscopio con tanta precisión sin ser afectado por otros factores, se tuvo que crear una esfera de 4cm de diámetro prácticamente perfecta a nivel atómico para poder medir cualquier cambio en su eje de rotación (la variación es tan pequeña, que si la esfera fuera del tamaño de la tierra, la superficie solo variaría a lo más 3.5m de altura)… más aún, el giroscopio fue puesto dentro de una capsula llena de plomo y helio líquido a menos de -271°C para bloquear el campo magnético de la tierra y evitar que éste afectara cualquier medición.

Así pues, después de haber logrado crear algo que fuera lo suficientemente preciso para medir cualquier distorsión de manera confiable, y de 1 año de estar capturando información rotando al rededor de la tierra, más otro año de estudiar la información que se pudo capturar… la NASA finalmente pudo notar que en efecto el giroscopio SI alteró su eje de rotación con respecto a la estrella a la cual debería estar apuntando…

Lo cual implica que existe un “algo” externo que está alterándolo, o mejor dicho, el giroscopio dentro del espacio de 4 dimensiones en realidad siempre está apuntando a la estrella a la que fue calibrada, sin embargo, con la distorsión en el espacio generada por la rotación de la tierra, nosotros vamos a ver (relativo a nosotros) que el giroscopio ha dejado de apuntar hacia allá… y por consiguiente sirve de fundamento para dar veracidad a la teoría de la alteración tiempo-espacial al rededor de la tierra que planteaba Einstein.

Fascinante, ¿no?…

Ahora tenemos certeza de que el tiempo es relativo, y el espacio es curvo… ¿cuántas cosas no se podrían lograr si pudiéramos dominar estas propiedades del universo?

jakovo

 

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Posted January 12, 2014 by jakovo in category "Física