7,300 millones de años después, Einstein gana la carrera

En el pensamiento científico siempre están presentes elementos de poesía. La ciencia y la música actual exigen de un proceso de pensamiento homogéneo.

Albert Einstein

Desde el NY Times
Por Dennis Overbye
Traducción: KC

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Los astrónomos dijeron a finales de octubre pasado que una carrera a través de la mitad del universo había terminado en un virtual empate. Y así Albert Einstein sigue siendo el campeón - por ahora.

La carrera ha sido entre rayos gamma de diferentes energías y longitudes de onda, generados en la explosión de una estrella cuando el universo tenía la mitad de su edad actual. Después de un viaje de 7,300 millones de años luz, llegaron con una diferencia de nueve décimas de segundo en un detector del Telescopio Fermi de rayos gamma espaciales de la NASA, a las 8:22 pm, hora del Este, del 9 de mayo de 2009.

Los astrónomos dijeron que la carrera de rayos gamma fue una de las pruebas más rigurosas de un principio fundamental de la física moderna: la proclamación que hizo Einstein en su teoría de la relatividad de 1905, que la velocidad de la luz es constante e independiente de su color o energía, y su dirección; o cómo se mueve un observador.

"Lo tomo como una confirmación de que Einstein sigue teniendo razón", dijo en una entrevista Peter F. Michelson de Stanford, investigador principal del Telescopio Fermi  de Área Grande y uno de los 206 autores de un artículo publicado en línea en la revista Nature.

No hay pruebas hasta ahora de que la energía o la longitud de onda de la luz afecten su velocidad por el espacio. Eso es importante porque lo que podría deducirse sobre la estructura del espacio-tiempo. Algunos teóricos han sugerido que el espacio en muy pequeña escala tiene una estructura granular que podría acelerar algunas ondas de luz más rápido que otras - en resumen, que la relatividad puede romperse en la escala más pequeña.

El Dr. Michelson y otros hacen hincapié en que, mientras que los nuevos resultados del Observatorio Fermi aún no eliminan esa posibilidad, más observaciones con más explosiones de rayos gamma podrían verificar o refutar la hipótesis. Esto tendría un efecto importante en los esfuerzos de los físicos para unificar la gravedad de Einstein que rige el espacio exterior con las extrañas leyes cuánticas que rigen el espacio interior del átomo.

Mario Livio, un astrónomo del Space Telescope Science Institute en Baltimore, calificó los resultados del Fermi como un efecto interesante pero nada revolucionario. "La belleza del experimento no es tanta en lo que logra", dijo el Dr. Livio, "sino en el hecho de que se puede usar las observaciones astronómicas para poner algunos límites muy interesante sobre la física fundamental".

La teoría cuántica, como Einstein descubrió para su disgusto, reduce la vida en las escalas subatómicas a un juego de azar en el que las partículas elementales pueden estar aquí o allá, pero no enmedio. Una consecuencia es que el espacio-tiempo en sí debe ser discontinuo y caótico cuando se ve a una distancia muy cercana, así como se ve un océano sin olas desde un avión, pero aparece picado y espumoso de cerca.

Esto, dice la teoría, podría tener un efecto sobre la propagación de la luz - o fotones, como se les llama en la jerga cuántica - desacelerando la luz con longitudes de onda corta, con relación a la luz de longitudes de onda larga. Cuanto mayor es la energía de un fotón, más corta es la longitud de onda. Una forma de pensarlo es imaginar los fotones como barcos en este mar agitado. Los pequeños, como los remolcadores, tienen que subir y bajar las olas para llegar a cualquier parte, mientras que los más grandes como los trasatlánticos pueden cortar a través de las olas y sus golpes, y por lo tanto ir un poco más rápido.

Hasta ahora las teorías de gravedad cuántica han sido imposibles de probar. Normalmente habría que ver detalles tan pequeños como 10^-33 centímetros - la llamada longitud de Planck, que es mucho más pequeña que un átomo - para probar estas teorías, a fin de discernir los baches del espacio. Obtener ese tipo de información está mucho más allá de la imaginación más salvaje de los constructores de incluso los más modernos aceleradores de partículas, y esto ha dejado a los teóricos de gravedad cuántica con escasa orientación empírica.

"Lo que realmente falta", explicó el Dr. Michelson, "es un experimento de laboratorio que nos diga cualquier cosa. Por ello es que tenemos que utilizar la cosmología: usamos el universo como laboratorio".

Los fotones desde GRB 090510, detectados el 9 de mayo, oscilaron entre 10,000 electrón-voltios - la predilecta unidad de energía de la física - a 31,000 millones de electrón-voltios, un factor de más de un millón, en siete breves explosiones de dos segundos.

La propagación en el tiempo de viaje de 0.9 segundos entre los valores más altos y más bajos de la energía de los rayos gamma, en caso de atribuirse a los efectos cuánticos en vez de la dinámica de la explosión en sí misma, sugirió que los efectos cuánticos en los que la desaceleración de la luz es proporcional a su energía se no aparecen hasta llegar a tamaños de unos ocho décimas partes de la longitud de Planck, de acuerdo con el artículo de Nature, cuyo principal autor fue Sylvain Guiriec de la Universidad de Alabama.

Pero el Dr. Livio, subrayó que este era sólo una de muchas clases de modelos. "Sería sorprendente que, en efecto, no necesitamos una teoría cuántica de la gravedad", dijo. "Esto sólo nos dice dónde están los callejones sin salida".

De hecho, otros físicos, dijeron que incluso este modelo no sería descartado hasta que se haya obtenido el límite de tamaño por debajo de la longitud de Planck.

La buena noticia, dijeron los astrónomos, es que los datos más esperados de Fermi podrían decidir la cuestión. Como dijo Lee Smolin, un teórico de la gravedad cuántica del Perimeter Institute for Theoretical Physics en Waterloo, Ontario: "De esta forma, está en curso una auténtica prueba experimental de una hipótesis del efecto de la gravedad cuántica."

Mientras tanto, la última palabra pertenece a Einstein, escribió en un e-mail Robert P. Kirshner del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica, parafraseando un titular de The New York Times de 1919 sobre las observaciones que confirmaron la relatividad general de Einstein. "Pero la historia de la naturaleza es: Einstein encontró lo correcto de nuevo. ¡Los Cielos no están torcidos! ¡Los Sabios no están boquiabiertos! ".

Imagen desde Nature