La dilatación del tiempo de Einstein, medida de manera más precisa que nunca

© A. Zschau, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

La teoría de la relatividad afirma que para un objeto que se mueve a alta velocidad el tiempo resulta más lento que para un objeto estacionario. Aunque los físicos no dudan de esta afirmación, medir la dilatación del tiempo no era fácil.

Un grupo de científicos alemanes logró no solo verificar la teoría de la dilatación del tiempo a altas velocidades predicha por Einstein, sino también medir este efecto de manera precisa sin precedentes, informa 'Europa Press'.

Para medir la dilatación del tiempo son necesarios, básicamente, dos relojes 'gemelos', uno de ellos se acelera mientras que el otro permanece parado. La diferencia en el tiempo medido por el reloj acelerado sería el buscado efecto de la dilatación temporal.

Los científicos alemanes usaron iones de litio en su experimento: midieron la frecuencia de las transiciones de los electrones dentro de los iones —o sea, el 'ritmo' del reloj— y luego aceleraron los iones a un tercio de la velocidad de la luz para comparar el nuevo ritmo con las transiciones dentro de los iones estacionarios.

El experimento resultó exitoso y permitió medir el efecto de la dilatación del tiempo "de manera entre 50 y 100 veces más precisa que cualquier otro método", afirma uno de los autores del estudio.

A pesar de su carácter a primera vista teórico, el efecto de la dilatación del tiempo está presente, por ejemplo, en los sistemas de posicionamiento satelitales, ya que las programaciones que manejan los datos en la superficie de la Tierra tienen que contar con la minúscula dilatación temporal que afecta a los mismos satélites que se mueven en la órbita.

Los físicos acarician el sueño de una teoría unificada

Los astrofísicos llevaban décadas esperando este momento y los datos han llegado desde el radiotelescopio BICEP2 en el Polo Sur. Un equipo del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, en EE UU, anuncia hoy tres grandes descubrimientos relacionados: la primera prueba directa de que existen las ondas gravitacionales predichas por Einstein, la ansiada evidencia de la inflación cósmica y la apertura de una vía para unificar las fuerzas fundamentales de la naturaleza y la gravedad cuántica.

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El telescopio BICEP2 ha detectado desde el Polo Sur señales de los primeros instantes del universo. / Steffen Richter/Harvard University

Hace casi 14 mil millones de años, nuestro universo irrumpió con una ‘chispa’ extraordinaria que inició el Big Bang. En la primera y fugaz fracción de un segundo, el universo se expandió de forma exponencial, extendiéndose mucho más allá de lo que alcanzan a ver los mejores telescopios. Hasta la fecha todo esto era la teoría.

Pero ahora, investigadores de la colaboración BICEP2, con datos de un telescopio del mismo nombre situado en el Polo Sur, anuncia la primera evidencia directa de esta inflación cósmica. Sus datos también representan las primeras imágenes de las ondas gravitacionales u ondulaciones en el espacio-tiempo. Estas ondas se han descrito como los “primeros temblores del Big Bang”.

Si se confirman los descubrimientos, se abre un nuevo capítulo en la astronomía, la cosmología y la física

Además, los datos también confirman una profunda conexión entre la mecánica cuántica y la relatividad general. Si se confirman todos estos descubrimientos, se abrirá un nuevo capítulo en la astronomía, la cosmología y la física.

“La detección de esta señal es una de las metas más importantes de la cosmología actual”, destaca John Kovac, investigador del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, desde donde se ha hecho el anuncio, y líder de la colaboración BICEP2.

Los resultados revolucionarios proceden de las observaciones efectuadas por el telescopio BICEP2 del fondo cósmico de microondas, el débil resplandor que dejó el Big Bang. Pequeñas fluctuaciones en este resplandor proporcionan pistas sobre las condiciones del universo temprano. Por ejemplo, las pequeñas diferencias en la temperatura a través del mapa del cielo muestran qué partes del universo eran más densas y, finalmente, se podían condensar en galaxias y cúmulos galácticos.

ado que el fondo cósmico de microondas es una forma de luz, exhibe todas las propiedades de esta, incluida la polarización. Igual que en la Tierra la luz solar es dispersada por la atmósfera y se polariza, en el espacio el fondo cósmico de microondas fue dispersado por los átomos y los electrones, y se polarizó también.

“Nuestro equipo cazó un tipo especial de polarización llamada ‘modo B’, lo que representa un patrón ondulado o ‘rizo’ en las orientaciones de polarización de la luz antigua”, explica el también responsable del grupo, Jamie Bock, de la institución Caltech-JPL.

El trabajo ofrece nuevas pistas sobre las preguntas más básicas: ¿Por qué existimos? ¿Cómo empezó el universo?

Las ondas gravitacionales comprimen el espacio a medida que viajan y esta compresión produce un patrón distinto en el fondo cósmico de microondas. Estas ondas tienen una ‘lateralidad’, al igual que las ondas de luz, y pueden presentar polarizaciones diestras y zurdas.

“El patrón de modo B es una firma única de las ondas gravitacionales debido a su lateralidad. Esta es la primera imagen directa de ondas gravitacionales en el cielo primordial”, dice otro colíder, Chao -Lin Kuo, de Stanford-SLAC.

El equipo examinó las escalas espaciales en el cielo abarcando aproximadamente de uno a cinco grados (dos a diez veces el ancho de la Luna llena) . Para hacer esto, viajaron al Polo Sur para aprovechar su aire frío y seco y estable.

“El Polo Sur es el más cercano desde donde se puede llegar al espacio y aun así estar en el suelo”, comenta Kovac. “Es uno de los lugares más secos y más claros en la Tierra, por lo que es ideal para la observación de las microondas débiles del Big Bang”.

Señales modo B detectadas por el telescopio BICEP2. / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Los científicos se sorprendieron al detectar una señal de polarización modo B considerablemente más fuerte que la que muchos cosmólogos esperaban. El equipo analizó sus datos durante más de tres años para descartar cualquier error. También descartaron que la presencia de polvo en nuestra galaxia pudiera haber producido el patrón observado, algo “altamente improbable”.

“Ha sido como buscar una aguja en un pajar, pero en su lugar nos hemos encontrado con una barra de hierro”, bromea el investigador de la Universidad de Minnesota Clem Pryke, otro de los coordinadores del trabajo.

El teórico Avi Loeb de Harvard valora el descubrimiento: “Este trabajo ofrece nuevas pistas sobre algunas de nuestras preguntas más básicas: ¿Por qué existimos? ¿Cómo empezó el universo? Estos resultados no solo son una ‘pistola humeante’ para la inflación, sino que también nos dicen que la inflación tuvo lugar y lo poderoso que fue  el proceso”.

Desde el anuncio de esta noticia, físicos de todo el mundo están deseando que los resultados, que aún no han sido publicados en una revista científica, se confirmen en observaciones independientes.

Cómo viajar a la velocidad de la luz respetando las teorías de Albert Einstein

Recreación artística que muestra cómo pudo ser el universo justo después de producirse el ‘Big Bang’. 

Dos físicos elaboran un marco teórico gracias al cual viajar a la velocidad de la luz podría ser posible respetando las leyes de la física. Su propuesta está basada en la teoría M, una variante de la teoría de cuerdas también conocida como teoría de las ’11 dimensiones’.

Dos físicos de la Universidad de Baylor (Estados Unidos) creen que han dado con la clave que puede permitir que viajar a la velocidad de la luz pase del ámbito de la ciencia ficción al de la ciencia. Además, se trata de una idea que no rompe ninguna de las leyes de la física.

El doctor Gerald Cleaver, profesor asociado de Física en Baylor, y su colega, Richard Obousy, estudiante postdoctoral de este centro, han teorizado que la manipulación de las dimensiones espacio-tiempo en el espacio con una cantidad masiva de energía, permitiría crear una ‘burbuja’ que podría empujar una nave con una velocidad superior a la de la luz.
Para crear esta burbuja, estos físicos piensan en la manipulación de la denominada ’11 dimensión’ del Universo para la obtención de energía. Cleaver explica que la energía oscura positiva es responsable de la aceleración en el movimiento del Universo, tal y como pasó después del Big Bang, cuando el Universo se expandió a una velocidad superior a la de la luz.

De esta forma, la nave espacial no se movería realmente, sino que se instalaría entre las dimensiones espacio-tiempo de expansión y contracción. Toda vez que el espacio sí se movería en torno a la nave, la nueva teoría no violaría la Teoría de la Relatividad de Eisntein, que determina que sería necesaria una cantidad infinita de energía para acelerar un objeto por encima de la velocidad de la luz.

Un “largo camino”

La teoría de las cuerdas -un modelo fundamental de la física que básicamente afirma que todas las partículas son en realidad expresiones de un objeto básico- sugiere que el Universo está hecho de múltiples dimensiones: altura, profundidad y longitud son tres dimensiones, y el tiempo es la cuarta.

Los científicos creen que hay en total una decena de dimensiones, aunque las otras seis todavía no han sido identificadas. Un nueva teoría, denominada teoría M, plantea una dimensión sobre la que realmente vibran estas cuerdas.Es esta ‘dimensión 11′ la que estos físicos creen que puede aportar la energía para viajar por encima de la velocidad de la luz.
Estos físicos estiman que la cantidad de energía necesaria para influir en las dimensiones extra es equivalente a toda la masa de Júpiter convertida en energía. “Es una cantidad enorme”, dijo Clever. “Tenemos un largo camino por delante antes de que podamos crear que pueda desencadenar una energía de esta naturaleza”, informa ScienceDaily.

Neutrinos del Universo viajan más rápido que la luz, Einstein estaba equivocado

“Cuando se ha eliminado lo imposible, lo que queda, por improbable que parezca, debe ser la verdad”
Resultados confirmaron lo descubierto por el equipo científico encabezado por el italiano Antonio Ereditato.

Científicos del Laboratorio Nacional Gran Sasso confirmaron una vez más que los neutrinos en el Universo viajan más rápido que la luz, invalidando la teoría de Einstein: “nada en el Universo viaja más rápido que la luz”, informó en un comunicado del 18 de noviembre el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares CERN, en Ginebra, Suiza.

El experimento consistió en enviar un rayo en tres pulsos de tres nanosegundos de largo separados por 523 nanosegundos; se realizó 20 veces usando el detector de neutrinos OPERA de Cern.

Los resultados confirmaron lo que ya descubrió el equipo encabezado por el científico italiano Antonio Ereditato y que Cern publicó el 23 de septiembre.

El científico realizó cerca de 15 mil mediciones antes de avalar el descubrimiento y registró que los neutrinos del tipo “muon”-que presentan oscilaciones anómalas- llegaban con una diferencia de 20 centímetros por 730 km de viaje de las partículas.

Se destacó que el estudio se realizó mayor precisión que estudios anteriores.

El equipo de CERN informó entonces que descarta cualquier tipo de error del descubrimiento publicado el 23 de septiembre, aunque el tiempo medido de los neutrinos desde CERN hasta el Gran Sasso, todavía necesita controlo y medición independiente.

“El siguiente paso es que algún otro equipo independiente corrobore estas investigaciones”, explicó Ereditato durante la primera publicación.

Diversas reacciones genera esta confirmación que anula la teoría de Einstein al menos en este punto. “Yo estoy impresionada y deseosa de saber que pasará con todas las teorías  ahora que tenemos estas pruebas”, señaló un comentario.

Otra persona pidió que el experimento debería hacerse a distancias más largas; sin embargo el asombro se manifiesta a todo nivel.

“A veces los descubrimientos de la ciencia son como encontrar un tesoro cerca de un naufragio. En otras ocasiones, parecen surgir de la nada, como si hubieran caído del cielo”, explica la investigadora y Física Christine Sutton del Grupo de Física de Partículas del Departamento de Física de la Universidad de Oxford y del equipo de Física de Particulas de Europa.

Sutton cita a uno de los famosos detectives de ficción, Sherlock Holmes, recordando sus palabras “cuando se ha eliminado lo imposible, lo que queda, por improbable que parezca, debe ser la verdad“.

“Experimentos con neutrinos son muy difíciles porque las interacciones de neutrinos son tan raras, pero en los próximos meses – y de hecho años – los equipos que trabajan en experimentos similares en otros lugares realizarán el control de datos para ver si ven el mismo efecto”, agrega Sutton.

“Esta es la forma en que funciona la ciencia todo el tiempo, no sólo cuando el efecto de sorpresa se presenta como un invitado inesperado en una fiesta. Los resultados son revisados por los demás”, aclara finalmente.

El experimento Opera fue diseñado para realizar pruebas directas del fenómeno de oscilación de neutrinos de tipo muon producidos en Cern de Ginebra. El estudio comprende un recorrido de 730 km de largo entre Ginebra Suiza y El Gran Sasso en Italia.

Opera también estudia la aparición de neutrinos tau a partir de la oscilación de neutrinos muón durante los viajes de 3 milisegundos entre Ginebra y El Gran Sasso.