Einstein y sus lentes (gravitacionales).

Lente gravitacional. Imagen Hublle, NASA.

Corría el año 1912 y Einstein garabateaba en una de sus libretas una nota de un fenómeno que  llegaría a ser de una trascendencia enorme, a día de hoy es una herramienta poderosísima para la detección de, entre otras cosas, galaxias realmente lejanas e incluso para rastrear la misteriosa materia oscura. Estamos hablando de las lentes gravitacionales. Pero antes de sumergirnos en esta interesante historia expliquemos una serie de conceptos que nos ayudarán a comprender mejor el concepto de lente gravitacional.

La famosa teoría de la Relatividad General, entre otras cosas, nos dice que la presencia de masa deforma el espacio-tiempo, es decir, lo curva haciendo que cualquier "cosa" que se mueva por dicho espacio-tiempo verá afectada su trayectoria por dicha deformación. Para hacernos una idea mental de esto imaginemos una sábana tensada por cuatro personas en la que pusiéramos una bola de jugar a los bolos. La sábana sufriría la deformación de la bola y si a continuación introdujéramos otro objeto, una pelota de golf, por ejemplo, esta tendería a verse afectada por la curvatura de la sábana debido a la bola de más tamaño. En este ejemplo la sábana representa el espacio, eso si, se trata de un espacio bidimensional a diferencia del Universo en donde contamos con un espacio tridimensional más el tiempo, dándonos un espacio-tiempo tetradimensional. Pero esto es mucho más difícil de visualizar, si no imposible, debido a nuestros limitados cerebros.

Acción de la gravedad en el espacio (recreación bidimensional)

Pues bien, cuando el espacio-tiempo se curva por la acción de una gran masa todo lo que se mueve en él ve afectado su trayectoria, ya se trate de un objeto como una luna o un planeta o una fuerza electromagnética, la luz visible por ejemplo. Esto quedó demostrado en 1919 cuando Eddington confirmó de forma experimental como la luz de una estrella lejana se veía desviada por la acción de la masa del nuestro sol tal y como había predicho Einstein. Ya dedicamos un post a esta y otras confirmaciones que aquí podéis leer.

Y dicho esto volvamos al año 1912. Por aquel momento Einstein todavía no había terminado de formular su Relatividad General pero ya se dió cuenta de un fenómeno que se tenía que producir a raíz de la antes mencionada curvatura del espacio-tiempo. Lo que Einstein descubrió es que si tenemos una fuente luminosa lejana (una estrella por ejemplo), y entre esta y nosotros se sitúa una gran masa (que en consecuencia deforma el espacio-tiempo), la luz proveniente de dicha estrella verá modificada su trayectoria, divergiendo y rodeando el "obstáculo" para después converger de igual manera que hacen los rayos de luz cuando atraviesan una lente convencional. Este hecho provocaría que la masa intermedia (que podía ser otra estrella) actuara de lente gravitacional permitiendo ver estrellas lejanas que de otro modo no podríamos ver o que la imagen lejana se multiplicara viendo nosotros varias copias ligeramente distorsionadas. A este curioso fenómeno llegó Einstein en 1912 según recogen las últimas investigaciones, pero le pareció eso, curioso, nada más. No le dió más importancia ni lo publicó. ¿Por qué? Pues al parecer no le vió ninguna aplicación práctica y además creyó que era prácticamente imposible confirmar su perdición de forma experimental puesto que el efecto de lente gravitacional producido  por una estrella era tan pequeño  que no se detectaría. De esta manera Einstein aparcó esta idea y según parece hasta la olvidó.

Esquema de funcionamiento de una lente gravitacional.

Saltamos ahora hasta el año 1936 cuando un astrónomo aficionado de nombre Rudi Mandl convenció a Einstein de que publicara un artículo titulado "Acción de lente de una estrella por la desviación de la luz en el campo gravitacional" en la revista Science. A instancias del joven astrónomo Einstein realizó los cálculos que ya hiciera en 1912 y que al parecer no recordaba y llegó a las mismas conclusiones, incluyendo su nula aplicación y escasa probabilidad de confirmación. En la carta que envió al editor de dicha revista decía: "Y déjeme darle las gracias, también, por haber cooperado con esta pequeña publicación que me ha arrancado el señor Mandl. Apenas tiene valor, pero hará feliz a ese pobre hombre"

Apenas unos meses después de publicado el artículo mencionado, en 1937, aparece en escena otro astrónomo, Fritz Zwicky, publicando una nota en la revista Physical Review en la cual reabre las dos posiblidades que Einstein había dejado en via muerta. Por un lado afirmó que si en vez de considerar la posiblidad de que sea una estrella la que actue de lente gravitacional tomamos una galaxia o incluso un cúmulo de galaxias el efecto de lente producido entonces será "facilmente" detectable y lo que es mejor y más importante sugirió varias aplicaciones prácticas.
En concreto en su nota habla de tres "usos":

- Sugiere la posibilidad de poner a prueba la Relatividad General.
- Usar las lentes gravitacionales a modo de telescopio para poder ver objetos lejanos imposibles de detectar por telescopios terrestres.
- Y por último calcular a partir de la desviación de la luz producida por las grandes masas (galaxias, cúmulos) la cantidad de materia presente en dichas galaxias ya que entraba en contradición con la que se podía medir atendiendo a la materia visible. (¡¡estaba anticipando la materia oscura!!).

Fritz Zwick.

Ahí es nada lo que recoje la nota de Zwick. La Relatividad fue puesta a prueba. A día de hoy las galaxias y los cúmulos de galaxias son usados para ver "objetos" distantes, de esta manera se han detectado galaxias que se encuentran a ¡¡5000 millones de años luz de nosotros!! y en cuanto a la última posibilidad, sin duda es la más actual, ya que a día de hoy la  detección de materia oscura es una de las búsquedas más importantes.


Resumiendo, una lente gravitacional se produce cuando un objeto de gran masa (galaxia o cúmulo de galaxias) se interpone entre una fuente (otra galaxia o cúmulo) y nosotros y desvía la tayectoria haciendo que esta diverja para luego converger nuevamente salvado el obstáculo de modo similar a como lo hace una lente convencional. Permitiendo ampliar objetos distantes de esta manera.
Einstein no previó esta aplicación práctica lo que hizo que ni siquiera se molestara en publicar su resultado. Y cuando lo hizo fue para satisfacer a un "pobre hombre". Desde la ventaja que nos proporciona el paso del tiempo se nos ocurre que Einstein podría haber publicado su resultado diciendo "no sé para qué puede valer esto pero seguro que algún día tiene una gran aplicación" de igual modo que Faraday contestó al Ministro británico de finanzas al preguntarle este por la utilidad de la electricidad durante la presentación de una dinamo "Algún día señor cobrará impuestos por esto".

Esta historia nos lleva a una máxima que casi siempre se cumple, y a día de hoy yo creo que podemos decir siempre. Los descubrimientos son fruto de un saber acumulado o de una colaboración. Incluso a grandes genios como a  Einstein que procedía en solitario y revolucionó con sus ideas (muchas de ellas incluso prematuras para su época) se le "escapó" una aplicación de un brillante hallazgo y tuvo que ser otro científico el que diera un paso más. La ciencia es un camino surcado por numerosos, a veces miles en un mismo experimento, científicos en la búsqueda de conocimientos, cuyo objetivo no es sino el avance de la humanidad en su comprensión cada vez mayor de este universo en el que vivimos.


Y recordad siempre: Magia..., No, Ciencia!!


"Esta entrada participa en la edición XLV del Carnaval de la Física alojado en esta ocasión en este blog, Cuantos y cuerdas."



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