Del eclipse al agujero negro: 100 años confirmando a Einstein

Europa había concluido su Gran Guerra. Inglaterra había dejado de ser el gran imperio. Y sin embargo, en marzo de 1919 dos barcos partieron del Reino Unido para colonizar un nuevo espacio. Nada menos que el Sol. Su capitán intelectual era un desconocido Albert Einstein para el gran público. Esta semana, el mundo entero conmemora el 64 aniversario de su fallecimiento con el enésimo reconocimiento empírico post mortem.

Exactamente 100 años después de que zarpasen esos buques en científica expedición, Einstein vuelve a brillar. Y como si desde los cielos se marcase un drop mic o cualquier otro meme, la pionera imagen de un agujero negro viene a darle la razón por enésima vez. Aunque estaba lejos de ser necesario. La primera de las pruebas empíricas de que la gravedad no es sino producto de la curvartura del tapiz cósmico que llamamos espacio-tiempo fue otra foto: la de un eclipse cazado en aquel viaje por el mar. Un reto técnico a la altura del trabajo del algoritmo de Katie Bauman, la joven ingeniera informática que desarrolló el código para reconstruir (revelar) la foto que ha llegado hasta nuestras pantallas del agujero negro M87*.

El clipse que encumbró a Einstein

El eclipse que dio la razón a Einstein

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En este pódcast nos vamos 100 años atrás. En mayo de 1919. La relatividad general es una teoría bella sobre el papel. Pero a Einstein le falta poder demostrar empíricamente algo que casi nadie entiende. Ese día, un eclipse solar permitió al físico alemán demostrar que la masa del Sol desviaba la luz de algunas estrellas lejanas. Nace el icono pop y una nueva física. [Descargar pódcast en mp3] [Otros pódcast] 

Inglaterra, y Cambridge en concreto, había destacado por sus avances en astronomía. En su observatorio había un hombre aterrado con la guerra y sus consecuencias. Cuáquero y pacifista, Arthur Eddington era de los pocos que estaban verdaderamente preparados para comprender la teoría de la relatividad. Teoría que, por cierto, contemplaba la existencia de los agujeros negros para desconcierto del propio Einstein.

Este astrónomo sólo necesitaba de un eclipse para poder comprobar empíricamente algunas de las consecuencias de las fórmulas de la teoría de Einstein. 1919 era un buen año para ello. Un eclipse de Sol permitiría apagar su luz para observar estrellas. En concreto, un grupo en la Hyades, que conforme a las predicciones relativistas, deberían aparecer en un lugar indebido del cielo, debido a que los rayos de su lejana luz se verían desviados por la gravedad solar. Su propuesta le valió la fama de antipatriota. Con las heridas de la guerra aún pendientes, la aún desconocida y germánica teoría de la relatividad general amenazaba el reinado imperial de Sir Isaac Newton.

Una borrasca y una guerra frustraron las fotos anteriores

Antes, ya habían intentado probar la teoría de Einstein, publicada desde 1907. En 1912 el sol se apagó en Argentina. Pero una borrasca dio al traste con la observación. En 1914 surge otra oportunidad en Crimea. El observatorio de Berlín, a través de Erwin Freundlich, se puso en contacto con Einstein y llegaron a instalar los equipos en la península, junto a un grupo de americanos liderados por el ingeniero William Campbell.

Tan mala suerte tuvieron que la guerra estalla el 28 de julio, mientras colocaban las cámaras. Freundlich, alemán, fue detenido por los rusos, que se quedaron con los equipos. Campbell no se daría por vencido y lo intentaría más adelante en Estados Unidos. Por cierto, el día del eclipse también fue nublado, iniciándose un pique épico con Einstein.

Infografía en 'Isis' de 1919 U. Chicago

Tenemos que esperar al 29 de mayo de 1919, va a hacer ahora 100 años. Meses antes, Eddington había publicado un artículo justificando la necesidad de viajar a la caza del eclipse con una expedición. Fue la Royal Astronomical Society quien las organizó, emulando el viaje de Darwin a bordo del Beagle.

Una primera liderada por Charles Davidson, asistente en el observatorio de Greenwich, puso rumbo a Sobral, en la costa brasileña. La otra, encabezada por el propio Eddington, a Isla del Príncipe, en el Golfo de Guinea. En concreto, plantaron sus telescopios en un cultivo de cacao.

Casi dos meses de preparación para algo que iba durar apenas seis minutos. Un eclipse largo para lo que son los eclipses, que, sin embargo, iba a cambiar el rumbo de la física.

Las estrellas no están donde deberían

Hay que tener en cuenta que la teoría de la relatividad tenía multitud de aspectos bellísimos. Pero, para muchos, no era sino un acto de fe, entre la imaginación y el retorcimiento matemático. Otros, directamente, no entendían nada. Lo que era claro es que, para poderla tomar en serio, era necesaria una comprobación empírica.

Einstein hablaba desde 1905 de cosas como que nada puede ir más rápido que la luz. Cosas como que en un tren, tanto quien va dentro, como observa el tren desde fuera, verá que la luz de una linterna va siempre a la misma velocidad. Que eso provoca que, visto desde fuera, el tren en movimiento muy muy rápido, se achate. Cosas como que el hermano gemelo de un astronauta que viaja muy rápido y muy lejos en el espacio volverá más joven que quien lo espera en Tierra. Cosas como que los objetos muy masivos, como los planetas o las estrellas, curvan todo lo que hay a su alrededor, como creando un embudo que se traga las cosas próximas. Incluida la luz. Y ahí está la clave de lo que el eclipse podía demostrar: el Sol, que es una masa enorme, podría desviar la trayectoria de la luz de una estrella lejana. O lo que es lo mismo, el Sol hace que veamos estrellas en lugares que no les pertenecen.

El calor casi frustra la foto

29 de mayo de 1919. El día se le tuerce a Eddinton. Se presentan nubes en el cielo. Sin embargo, entre ellas asoma un sol que se va oscureciendo. Saca una docena de placas. Ansioso por saber qué había ocurrido en Brasil, pronto tienen noticia de que allí han hecho 24 fotografías con cielo despejado. Eso sí, casi se echa a perder el plan. El calor tropical había curvado el metal de los telescopios más grande. Todo lo tuvieron que hacer con otro más pequeño de reserva, de apenas 10 cm.

Tocaba analizar y procesar las fotos, tal y como ha ocurrido ahora con la imagen del agujero negro. Campbell, el americano que viajó a Crimea, se apresuró a decir que el efecto Einstein no existía. Y se basó en unas fotos borrosas que había hecho en Washington, aprovechando otro eclipse anterior en 1918. Conviene recordar que hizo las fotos con unas cámaras pobres, ya que las buenas se las habían quedado los rusos en Crimea, al arrancar la guerra.

Con todo, la realidad era tozuda, muy a pesar de Campbell, en plena pugna con los alemanes. En septiembre Eddington publica los resultados científicos. Por supuesto que el Sol desviaba la luz de otras estrellas. Lo pudieron ver al comparar las fotos con la imagen de los telescopios al otro lado del Atlántico, donde era de noche.

Del eclipse al agujero negro

De vuelta a 2019, por comparar, el reto técnico de cazar un agujero negro es monstruoso, sin duda. Pero esa imagen corrobora cosas más que sabidas y probadas mediante modelos matemáticos y visualizados por ordenador. En este caso, la observación y toma de imágenes (en realidad, son radiaciones milimétricas que el ojo humano no puede percibir), llevó una decena de días de abril de 2017. El revelado o procesado de todas estas es lo que ha costado cerca de dos años.

La foto de 1919 fue absolutamente sorprendente para quien no estaba familiarizado con los conceptos de la relatividad general, que habían sido publicados apenas cuatro años antes. La de 2019 se parece bastante a casi todo lo imaginado por los modelos computerizados y hasta por el cine.

El valor de la curvatura de la luz era entre 0.9" y 1.8" de arco. Sin embargo, no coincidía con lo que predice la teoría: 1.7". En posteriores revisiones Arthur fijó en 1.61" la desviación pero con grandes incertidumbres. Después, y desechando los peores resultados, la cifra se situaba en 1.75". Para Einstein eso ya era bastante cercano a la previsión, pero los americanos no quisieron reconocerlo. No podía ser que ingleses y americanos estuvieran aliados para apoyar a un físico germano que podía cambiar las leyes de la naturaleza.

Estados Unidos siguió recelando, pero perdió la batalla de la opinión pública. Desde ese momento, Einstein empezó a salir en los periódicos y la radio. Fue recibido como una verdadera estrella en América. 20.000 personas lo esperaron en el puerto cual ídolo. Nacía el científico de los pelos y de la lengua fuera. El que nos ha llegado como un icono pop al que nadie entendía lo que decía.

Excepto Campbell, su rival, quien ya en 1922 admitió que el alemán tenía razón. Triste fue que, años después, su nombre resonase en otra guerra que estaba ya gestándose en el seno de una Alemania herida y humillada. La relatividad empezó a sonar a guerra atómica. Pero esa era, definitivamente, otra batalla.

El bulo de Hawking

Edición en chino de 'Una breve historia del tiempo' Pixabay

En su libro Historia del tiempo (1998), Stephen Hawking asegura que "es irónico que un examen posterior de las fotografías tomadas por aquella expedición se mostrara que los errores cometidos eran tan grandes como el efecto que se trataba de medir. Sus medidas habían sido o un caso de suerte, o un caso de conocimiento del resultado que se quería obtener, lo que ocurre con relativa frecuencia con la ciencia".

El físico teórico y divulgador no hizo sino amplificar un bulo que carece de base. En 1979 se realizó un nuevo estudio que confirmó que las placas originales no se habían desviado tanto. De hecho, como recuerda el profesor Francis Villatoro, "ya en 1919 su precisión era comparable a la que se logró con el eclipse de 1973. Por tanto, los resultados del eclipse de 1919 confirmaron a más de cinco sigmas la teoría de Einstein. La leyenda urbana es solo un bulo".

En el artículo original de Dyson, Eddington y Davidson se decía que el resultado más preciso, el de Sobral, era el que confirmaba la teoría de Einstein.