Teoría de la relatividad de Einstein: cómo un eclipse en Brasil hace 100 años confirmó "el pensamiento más feliz" del célebre científico alemán
Hace 100 años, dos científicos ingleses viajaron a Sobral, una ciudad en el interior de Brasil, para hacer experimento que cambió la manera que entendemos el universo.
El eclipse total solar de 1919 permitió a los científicos británicos confirmar las predicciones del joven científico alemán Albert Einstein sobre como la luz se comporta en relación a la gravedad.
"La población estacionó en las plazas públicas, impresionada por el sorprendente espectáculo que le ofrecía la naturaleza. Parecía que la aurora iba a romper y, en aquella oscuridad, los gallos cantaban y las abejas buscaban abrigo."
Así describía un periódico brasileño en 1919 el momento en que la población de Sobral, una ciudad en el interior de Brasil, presenció un eclipse total del Sol. Pero no era un eclipse cualquiera.
Este fenómeno permitió a un grupo de científicos comprobar por primera vez la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein y consolidar una de las mayores revoluciones de la historia de la ciencia.Meses después de que acabara la Primera Guerra Mundial, la hazaña catapultó al joven físico alemán, hasta el momento desconocido, a la fama mundial y lo convirtió en una de las figuras más relevantes de la Historia.
"Algunos científicos consideran que el anuncio de los resultados del experimento hecho en este eclipse fue uno de los mayores momentos de la ciencia", dijo a BBC Mundo el físico Luis Carlos Bassalo Crispino, de la Universidad Federal de Pará (UFPA), autor de artículos sobre el episodio.
El impacto fue tan grande que, en los años siguientes, la teoría de Einstein permitiría la formulación de la teoría del Big Bang, un modelo para explicar cómo empezó el universo. Además, se creó una rama especial de la astrofísica - la cosmología física - solo para estudiar ese tema.
La relatividad general demostró que era posible la existencia de agujeros negros y, años más tarde, la creación del GPS. Pero todo empezó con una idea no convencional.
Una revolución incomparable
En el siglo XIX, la física avanzaba a pasos agigantados, con descubrimientos sobre la electricidad, la energía cinética, la termodinámica y la concepción de la luz como una onda electromagnética.
Fue a partir de estas ideas que Albert Einstein empezó a pensar sobre el comportamiento de la luz y su velocidad, usando una serie de "experimentos mentales", es decir, problemas cuyo resultado sólo preveía en su imaginación.
En 1905, Einstein afirmó que las medidas de espacio y tiempo podrían cambiar cuanto más rápido un cuerpo se moviera en relación a otro. Hasta entonces, toda la física se amparaba en la idea de que el tiempo y el espacio son absolutos.
Es por eso que la teoría de la relatividad especial, como se hizo conocida, causó espanto e interés en la comunidad científica. Sin embargo, era un teoría limitada.
En los 10 años siguientes, mientras la rivalidad entre potencias europeas como Alemania y Reino Unido caminaba hacia la Primera Guerra Mundial, el joven alemán daría un paso más allá: cuestionar la ley de la gravitación universal del inglés Isaac Newton. Su teoría de la relatividad general confrontaba uno de los fundamentos de la física clásica.
En esta teoría, publicada en 1915, Einstein afirma que el espacio y el tiempo, interconectados, forman una especie de tejido que conforma todo a nuestro alrededor y que puede doblarse.
Estas curvaturas explican la gravedad, el movimiento de los planetas y las estrellas en el espacio, la existencia de los agujeros negros y la formación de todo el universo.
En esta teoría, publicada en 1915, Einstein afirma que el espacio y el tiempo, interconectados, forman una especie de tejido que conforma todo a nuestro alrededor y que puede doblarse
"Filosóficamente, la relatividad general fue casi tan importante como la idea de Copérnico de que el Sol, y no la Tierra, estaba en el centro del universo. Esa teoría revolucionó la manera en que los científicos pensaban en el funcionamiento del mundo a su alrededor.", dijo a BBC Mundo Teresa Wilson, física del Observatorio Naval de Estados Unidos.
Además, que un alemán en ese momento tuviera una idea que proponía cambiar algo tan fundamental en la ciencia causó polémica. Algunos físicos no creían a Einstein, otros no le hicieron caso.
"A causa de la guerra, científicos alemanes y austríacos eran ignorados y excluidos de órganos internacionales. Había mucho rencor. No eran invitados a conferencias, por ejemplo", explicó a la BBC Mundo el astrofísico e historiador Daniel Kennefick, autor del libro No Shadow of a Doubt, sobre el eclipse de 1919.
Einstein explicó la gravedad como la curvatura hecha por un cuerpo masivo, como el Sol, en el espacio-tiempo.
Pero había también los científicos que se consideraban "internacionalistas", creían que la ciencia debería reunir los esfuerzos de personas de cualquier nacionalidad. Entre ellos, estaba el propio Einstein, que había renunciado a su ciudadanía alemana por estar en contra del militarismo alemán, y adoptado la ciudadanía suiza.
Pero, para vencer la resistencia de la comunidad científica a la teoría de Einstein, sería necesario confirmar sus predicciones. Eso solo ocurriría cuatro años más tarde, cuando finalizó la Primera Guerra Mundial y científicos ingleses pudieron observar un eclipse total en una ciudad en el interior de Brasil.
¿Por qué era necesario un eclipse?
Según la relatividad general, la fuerza de gravedad es un efecto causado por la curvatura del espacio-tiempo.
Un cuerpo inmenso como el Sol, por ejemplo, distorsiona el espacio-tiempo a su alrededor, y hace que otros objetos menores tengan que seguir esa distorsión.
Incluso la luz de las estrellas, en su camino hacia la Tierra, tiene su trayectoria alterada cuando pasa cerca del Sol.
Por eso, si las estrellas pudieran ser vistas durante el día, estas parecerían un poco más alejadas del Sol de lo que realmente están.
Ahora era una cuestión de astronomía y matemáticas. Los cálculos de Einstein preveían un desvío de la luz dos veces mayor que el que se preveía de acuerdo con la teoría de Newton.
Para probar la teoría, sería necesario fotografiar estrellas cerca del Sol y luego tomarlas en el mismo lugar por la noche. Después, medir su posición en el cielo en cada momento.
El escenario ideal para eso es un eclipse total, el momento en que la sombra de la Luna alcanza la Tierra y esconde el Sol. La oscuridad permite a los astrónomos observar las estrellas, los planetas y la atmósfera solar más fácilmente.
"Para comprobar que el campo gravitacional del Sol desvía la luz de una estrella, esta necesita estar cerca del Sol. De lo contrario tú no puedes percibir el efecto. Pero el Sol es tan brillante que normalmente no se ven estrellas durante el día. Por eso es necesario hacer el experimento durante un eclipse total", explica Daniel Kennefick.
La búsqueda del eclipse perfecto
En 1917, los astrónomos ingleses Frank Watson Dyson, director del Observatorio Real de Greenwich, el más importante de Inglaterra, y Arthur Stanley Eddington, un famoso astrofísico, querían confirmar la teoría de Einstein por motivos distintos.
Los astrónomos británicos Frank Watson Dyson y Arthur Stanley Eddington decidieron aprovechar el eclipse de 1919 para poner la teoría de Einstein a prueba.
"Frank Dyson, como muchos astrónomos, era escéptico con la relatividad general. Y en ese momento, los alemanes eran percibidos como el enemigo. Dyson, movido por un sentimiento patriótico, creía que la teoría de Isaac Newton debía ser tratada con más respeto que la de un joven de Alemania", dijo a la BBC Mundo el astrónomo Tom Kerss, del Real Observatorio de Greenwich.
Eddington, por su parte, era un entusiasta de las teorías de Einstein y un internacionalista. Él creía en el ideal de juntar las mejores mentes de todas las nacionalidades en la búsqueda de la verdad científica.
Según Daniel Kennefick, el entusiasmo de Eddington ayudó a convencer a Dyson de la importancia de organizar una expedición para poner los cálculos de Einstein a prueba.
"Dyson ya había observado muchos eclipses y sabía que ese experimento era importante y posible. Era un momento en que los instrumentos ya habían evolucionado lo suficiente para medir con confianza los resultados que Einstein preveía", dice Tom Kerss.
Los cálculos científicos mostraron que en 1919 un eclipse sería visible en Sudamérica y en África. Y, en ese momento, el Sol estaría cerca de un grupo de estrellas especialmente brillantes, las Híades.
Parecía la oportunidad perfecta para la ciencia y para los dos astrónomos ingleses. El primer paso era elegir el lugar donde los científicos iban a observar el fenómeno.
"Durante un eclipse solar, la sombra de la Luna viaja por la Tierra desde el oeste hacia el este. Entonces ellos dibujaban su trayectoria precisamente en un mapa y comenzaban a investigar", cuenta Daniel Kennefick.
En ese caso, la zona de totalidad del eclipse, es decir, el trecho en que sería posible ver el Sol completamente cubierto, cruzaría Sudamérica, comenzando en Bolivia, pasando por el Océano Atlántico y terminaría en el continente africano, en Tanzania.
"En Bolivia y el Este de África no funcionaría, porque el Sol estaría aún naciendo o ya empezando a ponerse, y eso causaría distorsiones atmosféricas que perjudicarían la medición. La mayor parte del trayecto también sería en áreas de bosque tropical de un lado u otro. En el océano Atlántico tampoco era bueno, porque un barco no tendría suficiente estabilidad para los instrumentos ", explica el historiador.
La decisión de ir a Brasil se tomó después que Dyson recibió una carta del ingeniero Henri Charles Morize, director del Observatorio Nacional en Río de Janeiro y uno de los fundadores de la Academia Brasileña de Ciencias (ABC), en la que advertía que Sobral, en el noreste de Brasil, sería el mejor lugar para ver el eclipse.
Pero Dyson y Eddington decidieron que un solo punto de observación no sería suficiente. Era común que los resultados de expediciones como esa fueran perjudicados por malas condiciones meteorológicas, que a menudo impedían la visualización de los eclipses y hacían imposible tomar fotografías.
A consecuencia de la Primera Guerra Mundial, era casi imposible conseguir transporte y personal para las expediciones científicas.
"A pesar del riesgo, ellos estaban decididos a aprovechar esta oportunidad, porque sabían que el eclipse de 1919, con estrellas tan brillantes, sería especial", dice Daniel Kennefick.
Así Dyson y Eddington decidieron mandar dos equipos de astrónomos a lugares distintos: a Sobral, en Brasil, y a la Isla de Príncipe, parte del archipiélago de Santo Tomé y Príncipe, en la costa de África occidental.
¿Cómo hacerlo posible durante la Primera Guerra Mundial?
Los científicos tuvieron que encontrar maneras de solucionar otro problema: Europa todavía estaba en guerra y eso dificultaba enormemente cualquier expedición científica.
A pesar que Dyson utilizó su influencia para conseguir financiamiento y persuadir al gobierno británico de que su colega Eddington no fuera al frente, era muy difícil encontrar astrónomos experimentados y buques para llevarles a Sobral y a Príncipe.
"Eddington quiso ir a Príncipe, pero necesitó llevar con él un relojero del interior de Inglaterra, porque todos sus asistentes habían muerto en la guerra", cuenta Kennefick.
Dyson tuvo que quedarse en Inglaterra y, tras muchas dificultades, encontró dos candidatos para mandar a Sobral. Los afortunados serían Charles Davidson, un calculista sin formación académica pero con mucha experiencia en telescopios, y el astrónomo irlandés Andrew Crommelin, quien operaría el segundo telescopio llevado por seguridad.
Después de muchos cambios de planes, el calculista Charles Davidson y el astrónomo irlandés Andrew Crommelin fueron los elegidos para ir a Brasil.
"Otro problema de la guerra era que los británicos tenían pocos instrumentos disponibles. Entonces tuvieron que pedir el segundo telescopio prestado a los irlandeses", dijo a BBC Mundo el astrofísico Tom Ray, del Instituto de Estudios Avanzados de Dublín, que encontró y restauró el equipo original que fue a Sobral.
El telescopio irlandés, a pesar de ser más pequeño y más viejo, fue el artífice de los resultados que hicieron historia.
En noviembre de 1918 el Armisticio de Compiègne anunció el fin de la Primera Guerra Mundial y abrió el camino para la expedición.
Eddington fue a Príncipe con su asistente y Davidson y Crommelin salieron de Liverpool, en Inglaterra, a Belém, al norte de Brasil, a bordo del "Anselm", el primer buque inglés que tras años de guerra reanudaba la ruta que cruzaba el océano Atlántico.
El buque Anselm, que llevó los astrónomos británicos hasta Brasil, fue el primero en reanudar la ruta transatlántica después de la Primera Guerra.
El eclipse, por fin
La excitación en Sobral fue tan grande que, según la prensa de la época, el día del eclipse fue un festivo informal en la ciudad. Los comercios cerraron, la gente inundó las plazas y las iglesias se llenaron de fieles ante el miedo de que la oscuridad fuera un mal augurio.
El 29 de mayo de 1919 amaneció nublado. Por suerte, alrededor de un minuto antes de la cobertura total del Sol, el viento alejó las nubes y los investigadores tuvieron cerca de 4 minutos para hacer 27 fotografías del cielo, mostrando las 12 estrellas que planeaban observar.
Hubo un problema. El calor intenso en Sobral, según el físico Luis Carlos Bassalo Crispino, pudo haber causado una dilatación inusual en el espejo del principal telescopio y por lo tanto, algunas imágenes salieron distorsionadas. Eso las hacía menos confiables.
Por suerte, el segundo telescopio, el irlandés, produjo 19 imágenes nítidas e impresionantes del Sol cubierto por la sombra de la Luna y la luz de las estrellas.
Un mes más tarde, los científicos fotografiaron las mismas estrellas, exactamente en el mismo lugar en el cielo, sólo que por la noche.
Ya tenían lo que necesitaban para poner Einstein a prueba.
En agosto de 1919, Davidson y Crommelin empezaron el camino de vuelta a Inglaterra.
Por su lado, Eddington tuvo menos suerte en Príncipe. El tiempo cerrado permitió pocas imágenes aprovechables y aparecían un número menor de estrellas.
Sus resultados ya parecían favorables a la teoría de Einstein, pero, sin base de comparación, crecía la ansiedad por la llegada de la expedición de Sobral.
El día que cambió la Física
En noviembre de 1919, se publicó el estudio final sobre el eclipse, firmado por Dyson, Eddington y Davidson.
"Los resultados de las observaciones aquí descritas parecen apuntar definitivamente (...), y confirmar la teoría de la relatividad general de Einstein", dijo la publicación.
El trabajo también decía que las imágenes del telescopio irlandés de Sobral eran las más importantes y confiables. Era el primer experimento práctico hecho para confirmar la teoría del joven alemán.
"No todos quedaron convencidos. Los científicos continuaron haciendo mediciones en eclipses para comparar resultados. Y en los años 70, las imágenes del eclipse de 1919 fueron examinadas otra vez, con instrumentos más avanzados, para garantizar que sus resultados estaban correctos", dijo a BBC Mundo Virginia Trimble, profesora de Física y Astronomía en la Universidad de California Irvine, en EE.UU.
"De hecho, la teoría de la relatividad general fue testeada muchas veces y pasó perfectamente en todas las pruebas que le hicimos. Es impresionante."
Einstein y Eddington solo se encontraron en Inglaterra años después del eclipse. Aún había mucha tensión entre científicos británicos y alemanes por la Primera Guerra Mundial.
¿Cómo reaccionó Albert Einstein?
Einstein había recibido, en septiembre, un cable de un amigo de Holanda, diciéndole que los resultados de la expedición de Eddington a Príncipe, que aún eran inconclusos, apuntaban a la confirmación de su teoría.
Eddington ya hablaba de eso en conferencias, pero no pudo escribir a Einstein personalmente por los resquemores de la guerra que aún existían entre Inglaterra y Alemania.
"Einstein estaba muy ansioso por el experimento. Pero cuando el resultado finalmente le llegó, ya estaba tan convencido de la belleza y la coherencia de su teoría, que parecía no necesitar la comprobación", explica Daniel Kennefick.
"La filósofa alemana Rosenthal-Schneider y otras personas cercanas al alemán también observaron cuan sereno estaba ante la noticia. Todo el mundo a su alrededor estaba exaltado, era el cambio más importante en la física desde Newton, pero Einstein ya sabía que sus predicciones eran correctas", dice Kennefick.
De todas formas, el físico escribió a su madre enseguida para decirle que recibió la "feliz noticia" de que sus ideas fueron confirmadas.
"La teoría de Einstein triunfa", decía la portada de New York Times publicada el 15 de noviembre de 1919
El 6 de noviembre, el resultado final fue anunciado en la Unión Astronómica Internacional. El filósofo y matemático Alfred North Whitehead, que estaba en la ceremonia, describió la escena como "de intensa emoción".
"Había un elemento dramático en todo aquel ceremonial tan escénico y tan tradicional, que tenía a Newton como telón de fondo y nos recordaba que la mayor de las generalizaciones científicas acababa de recibir su primera modificación en más de 200 años", escribió Whitehead.
"La teoría de Einstein triunfa", decía la portada de New York Times publicada el 15 de noviembre de 1919.
Pero el propio Einstein se mantuvo humilde. En un artículo para el diario Times of London, el físico alemán dijo que "nadie debe pensar que la gran creación de Newton puede ser derrocada por esta o cualquier otra teoría".
"Sus ideas claras y amplias siempre tendrán el significado de bases sobre las cuales nuestra concepción moderna de la física fue construida", escribió.
Pero más allá de la comunidad científica, Einstein también se convirtió en una celebridad mundial, y hasta admiradores lo paraban por la calle
En el mismo artículo, Einstein reconoce la "alegría y gratitud" que sentía por la oportunidad de comunicarse con científicos ingleses "después de la lamentable ruptura de relaciones internacionales entre hombres de la ciencia" que ocurrió durante la Primera Guerra Mundial.
El rencor a los alemanes y austríacos permaneció por mucho tiempo después de la guerra, pero Einstein se convirtió en una excepción. "En muchas conferencias científicas él era el único alemán invitado", dice Kennefick.
Pero más allá de la comunidad científica, Einstein también se convirtió en una celebridad mundial, y hasta admiradores lo paraban por la calle.
"Eso en realidad no le gustó mucho. No soportaba tener que hablar con reporteros todo el tiempo y llegó a decir que: "ese tormento es culpa de aquella expedición inglesa'", cuenta Kennefick.
Eso no amargó la alegría de ver confirmada su teoría de la relatividad, lo que Einstein llamaría "mi pensamiento más feliz".
Camilla Costa - @_camillacosta - BBC News Mundo
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