Einstein tenía razón: su Teoría de la Relatividad se confirma a pesar de las dudas de la física cuántica
El Principio de Equivalencia se revalida con medio siglo de datos recopilados por el “Lunar Laser Ranging”
La distancia entre la Tierra y la Luna contribuye a confirmar una vez más la Teoría de la Releatividad. / ESA.
Datos obtenidos durante más de 50 años sobre los viajes de ida y vuelta a la Luna de rayos láser emitidos desde la Tierra han confirmado con una precisión sin precedentes el Principio de Equivalencia de la Relatividad General. Ni rastro de la violación predicha por la teoría cuántica.
Una de las suposiciones más básicas de la física fundamental es que las diferentes propiedades de la masa -peso, inercia y gravitación- siempre se mantienen iguales entre sí. Sin esta equivalencia, la Teoría de la Relatividad de Einstein se contradiría y habría que reescribir nuestros actuales libros de física.
Aunque todas las mediciones realizadas hasta la fecha confirman el Principio de Equivalencia, la teoría cuántica postula que debería haber una violación. Esta inconsistencia entre la teoría gravitatoria de Einstein y la moderna teoría cuántica es la razón por la que son especialmente importantes las pruebas cada vez más precisas del Principio de Equivalencia.
Un equipo del Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) de la Universidad de Bremen, en colaboración con el Instituto de Geodesia (IfE) de la Universidad Leibniz de Hannover, ha logrado demostrar con una precisión 100 veces mayor que la masa gravitatoria pasiva y la masa gravitatoria activa son siempre equivalentes, independientemente de la composición particular de las respectivas masas, según se informa en un comunicado.
La investigación se ha realizado en el marco del Clúster de Excelencia “QuantumFrontiers”. El equipo ha publicado sus hallazgos en la revista científica Physical Review Letters.
Contexto físico
La masa inercial se opone a la aceleración. Por ejemplo, hace que te empujen hacia atrás en tu asiento cuando el coche arranca de golpe. La masa gravitatoria pasiva reacciona a la gravedad y resulta en nuestro peso en la Tierra. La masa gravitatoria activa se refiere a la fuerza de gravitación ejercida por un objeto, o más precisamente, al tamaño de su campo gravitatorio.
La equivalencia de estas propiedades es fundamental para la relatividad general. Por tanto, tanto la equivalencia de la masa inercial y la masa gravitatoria pasiva, como la equivalencia de la masa gravitatoria pasiva y la masa gravitatoria activa, se están probando con una precisión cada vez mayor.
¿De qué trataba el estudio?
Si suponemos que la masa gravitatoria pasiva y la masa gravitatoria activa no son iguales, es decir, que su relación depende del material, entonces los objetos hechos de materiales diferentes con un centro de masa diferente se acelerarían a sí mismos.
Como la Luna está formada por una capa de aluminio y un núcleo de hierro, con centros de masa desplazados entre sí, la luna debería acelerarse. Este hipotético cambio de velocidad se podría medir con alta precisión, mediante un sistema conocido como “Lunar Laser Ranging” (LLR).
Este sistema consiste en apuntar láseres desde la Tierra a reflectores en la luna colocados allí por las misiones Apolo y el programa Luna soviético. Desde entonces, se registran los tiempos de ida y vuelta de los haces láser.
El equipo autor de la nueva investigación analizó los datos del LLR recogidos durante un periodo de 50 años, desde 1970 hasta 2022, e investigó los efectos de diferencia de masa. Como no se encontró ningún efecto, esto significa que las masas gravitatorias pasiva y activa son iguales con aproximadamente 14 decimales. Esta estimación es cien veces más precisa que el mejor estudio anterior, que data de 1986.
¿Qué implica este resultado?
Este resultado implica que el Principio de Equivalencia sigue siendo válido con una precisión sin precedentes, lo que confirma una vez más la Teoría de la Relatividad general de Einstein.
Sin embargo, esto también plantea un problema para reconciliar esta teoría con la física cuántica, que predice que el Principio de Equivalencia debería romperse a escalas muy pequeñas o a muy altas energías.
Esta ruptura podría explicar algunos fenómenos aún no comprendidos, como la materia oscura o la energía oscura, que constituyen la mayor parte del universo.
Por tanto, los físicos siguen buscando posibles violaciones del Principio de Equivalencia, ya sea en el espacio o en el laboratorio, que podrían dar lugar a una nueva teoría que unifique la gravedad y la física cuántica. Hasta entonces, Einstein sigue teniendo razón.
Referencia
Equivalence of Active and Passive Gravitational Mass Tested with Lunar Laser Ranging. Vishwa Vijay Singh et al. Phys. Rev. Lett. 131, 021401; 13 July 2023. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.021401
