El día en que los planetas dejaron de obedecer al mismísimo Newton.

Hasta bien entrado el siglo XVIII "sólo" se conocía la existencia de seis planetas (incluida la Tierra). Estos eran (son), de menor a mayor distancia al Sol: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter y Saturno. Aunque esto es desde nuestra perspectiva actual, ya que hasta la llegada de la teoría heliocéntrica copernicana se tenía por cierto que los planetas eran siete puesto que se consideraba que la Tierra permanecía quieta mientras el resto de planetas orbitaban alrededor de ella, incluyendo como planetas al Sol y a la Luna. Si alguno tiene interés por conocer el origen del nombre de los planetas, hace unos días publicamos un post donde lo explicabamos. Aquí podéis leerlo.

Hecha esta precisión llegamos al año 1781, en el que William Herschel descubre un nuevo planeta, que terminaría llamándose Urano aunque en un primer momento se propusieran otros nombres ('Neptuno' e incluso 'Herschel' en honor a su descubridor). El nuevo planeta ya había sido observado en varias ocasiones anteriores pero se había creído que se trataba de una estrella. Incluso el propio Herschel creyó al principio que lo que había descubierto podría tratarse de un cometa. Finalmente se concluyó que se trataba del séptimo planeta de nuestro sistema solar.

William Herschel.

En este punto de la historia (año 1781) encontramos una diferencia notable con respecto a descubrimientos planetarios anteriores. Era el primer planeta que se descubría una vez que Isaac Newton había descubierto la ley de la gravitación (Hace poco hablamos de la historia de Newton y sus manzanas). Es decir, contábamos ya con una herramienta poderosísima, la ley de la gravitación newtoniana, que fue puesta a prueba una vez más (ya había pasado pruebas satisfactorias anteriormente). Es decir, se disponía de un nuevo planeta cuya órbita, obviamente, tenía que seguir lo que las ecuaciones matemáticas de la gravitación decían que tenía que hacer (si esta era correcta claro y no parecía que hubiera por qué dudar). Se calculó, se observó, pasó un tiempo, se volvió a observar y ¡¡todo cuadraba!! Alegría, todos a su casa, la cosa funciona, fín de la historia. Y comieron perdices y todo eso... O a lo mejor no (¿¿Cómo...??)

Quietos todos, aquí está pasando algo. Veamos, Urano se encuentra situado muy lejos del Sol, a unos 3000 millones de km (la Tierra está aproximadamente a unos 150 millones de km) con lo que Urano tiene una velocidad angular muy pequeña que para el caso que nos ocupa supone que tarda 84.01 años (terrestres) en completar una vuelta alrededor del Sol. ¿Y esto qué implica? Pues que necesitamos varios años (terrestres nuevamente) para poder apreciar una parte significativa de la órbita de Urano. Y eso es lo que pasó, allá por el año 1800 Urano se desviaba significativamente del camino que había sido calculado según la gravitación newtoniana. Se intentaban reajustar los cálculos pero Urano seguía erre que erre sin "hacer caso" a Newton y para 1830 la desviación era tal que ya era alarmante.

Parecía que la gravitación de Newton podía enfrentarse a un duro reto pero, como veremos, lejos de amedrentarse se creció y saco pecho. Había dos alternativas: o la teoría era errónea (o incompleta, pero esto lo dejamos para más tarde) o existía "algo" que estaba afectando a la órbita de Urano. Este "algo" según propusieron algunos podía ser un nuevo planeta situado más allá de la órbita de Urano que estaría afectando a su movimiento. Al igual que hemos mencionado ya con el descubrimiento de Urano, a estas alturas de la historia la humanidad contaba ya con toda una ley de la gravitación en la que apoyarse así que se volvió a hacer uso de ella. Ya que contabamos con unas anomalias en el recorrido que Urano realizaba era cuestión de comparar estas con las predicciones de la órbita hechas por  la gravedad Newtoniana (en ausencia de un planeta posterior), para así poder deducir donde estaría el hipotético planeta y cual sería su tamaño en el caso de que esta hipotesis de un nuevo planeta fuera correcta. A esta tarea se dedicaron dos astrónomos de forma independiente: el francés Urban Le Verrier y el inglés John Couch Adams pero ambos encontraron en principio dificultades en recibir apoyo de los observatorios astronómicos. Finalmente el 23 de septiembre de 1846, ante la insistencia de Le Verrier fue observado por el observatorio de Berlin un nuevo planeta allí donde los cálculos decían que tenía que estar. Era la primera vez que se descubría un planeta gracias a predicciones matemáticas. El nuevo planeta recibiría el nombre de Neptuno. Para ser justos con la historia y con Galileo, hemos de decir que este había observado ya en 1612 y en 1613 el planeta Neptuno habiéndolo confundido en ambas ocasiones con una estrella como atestiguan sus dibujos. Newton una vez más podía estar contento, su gravitación había salvado un nuevo escollo y había salido reforzada, sus ecuaciones habían demostrado su validez hasta el punto de predecir un nuevo planeta. Ahora Newton ya descansaría viendo "salvada" su gravitación.... O no... ¿¿Cómo..??

John Couch Adams.

Aunque la gravedad Newtoniana había demostrado su enorme validez y capacidad de predicción ahora se enfrentaría a un nuevo problema. La órbita de Mercurio era otro de los planetas que no quería seguir a pies juntillas los "mandatos" de Newton. Hacía tiempo que se venía observando una anomalía en la órbita de Mercurio. En concreto, lo que se había observado era una desviación en su perihelio (el punto de mayor aproximación al sol en la órbita de un cuerpo celeste) de unos 38 segundos de arco por siglo. Este desplazamiento en la práctica implica que cuando Mercurio completa una vuelta alrededor del Sol el punto por el que vuelve a pasar no es exactamente el mismo. [A este respecto quiero hacer una aclaración. En este razonamiento no estoy teniendo en cuenta el movimiento del Sol (arrastrando con el todo el Sistema Solar) a lo largo de la Vía Láctea (nuestra galaxia), en concreto alrededor del centro de esta. Estamos suponiendo un Sol quieto y unos planetas que orbitan alrededor de él, por lo que es de esperar que una vez completada una órbita regresen a su punto de partida.] Decíamos pues que cuando Mercurio completaba su órbita no volvía exactamente a su punto de partida sino que se había producido un fenómeno conocido como "avance del perihelio". Este fenómeno no es exclusivo de Mercurio, pero en él está más acusado por lo que su efecto era más llamativo.

Urban Le Verrier

El primero en darse cuenta de esta anomalía de Mercurio fue el frances Le Verrier, sí, el mismo que descubrió Neptuno (teniendo a John Couch Adams como codescubridor). Y la propuesta que se hizo para esta anomalía fue... ¿Os lo imaginais? Sí, la presencia de un nuevo planeta entre el Sol y Mercurio que perturbaría la órbita de este. Fueron muchos los que apoyaron esta teoría, incluyendo a Le Verrier (algunos afirman que fue originaria suya) cosa que no debe extrañarnos puesto que en el caso de la anomalía de Urano esta había sido la solución, un nuevo planeta (Neptuno) o sea que era algo bastante lógico. Inmediatamente varios astrónomos "confirmaron" la presencia de este nuevo planeta, asegurando que lo habían visto. Para ellos se basaron en lo que en Astronomía se conoce cómo tránsito planetario, que es cuando un planeta "pasa" por delante del Sol. Desde nuestra posición terrestre podemos ver los tránsitos de Venus y Mercurio (ya que se encuentran entre nosotros y el Sol) por lo que este "nuevo" planeta también podría verse así. Como he mencionado fueron varios astrónomos los que observaron el nuevo planeta utilizando este método, casi seguro que lo que observaron fueron manchas solares. No obstante el nuevo planeta fue bautizado como Vulcano. Le Verrier predijo nuevos tránsitos para Vulcano fallando en todos ellos, no obstante creía en su apuesta de un nuevo planeta hasta el punto de que murió creyendo que Vulcano existía.

Pasados unos cuantos años, en 1882, el astrónomo norteamericano Simon Newcomb ajustó más el valor de esta desviación obteniendo un valor de 43 segundos de arco por siglo (el cual es el valor correcto) y sostuvo que Vulcano no era la explicación para esta anomalía. Habría que esperar unos cuantos años más para que entrara en escena otro de los grandes, uno de los actores principales (un protagonista sin duda) de esta película que es la historia de la humanidad. Allá por 1915 Einstein presentaba su Teoría de la Relatividad General, y una de las primeras pruebas a las que sometió su flamante teoría fue la de calcular la órbita de un planeta alrededor del Sol. En concreto para el caso de Mercurio obtuvo que sus ecuaciones le daban una desviación de... ¡¡43 segundos!! No es de extrañar que Einstein manifestara que este hecho le produjera taquicardias y le mantuviera fuera de si a causa de la emoción durante días. Con los valores más precisos que su Teoría proporcionaba frente a la gravedad Newtoniana se corregían las deficiencias que esta no podía explicar en casos tales como la órbita de Mercurio. En esta ocasión, el bueno de Newton "veía" como su teoría no había podido finalmente dar una solución al problema de Mercurio que venía arrastrándose durante decenios. Mercurio se sublevó de una manera tal que fue precisa la llegada de otro grande que ayudará a Newton en su tarea planetaria.

Newton y Einstein.

Llegados a este punto me gustaría hacer una precisión puesto que a veces comentarios simplistas o titulares sensacionalistas distorsionan la verdadera naturaleza de las leyes de la ciencia o el progreso de perfeccionamiento de la ciencia en sí. En ocasiones he oído decir aquello de "Einstein desbancó a Newton" o "la gravedad Newtoniana fue sustituida por la Relatividad General de Einstein" pudiéndose sacar de esto la conclusión de que Newton estaba equivocado o sus ecuaciones era erróneas.
La gravedad Newtoniana sigue teniendo plena vigencia para multitud de aplicaciones y escenarios en los que podemos seguir utilizando sus ecuaciones de forma totalmente satisfactoria y únicamente cuando introducimos objetos que se muevan a velocidades cercanas a la de la luz o cuando estamos en presencia de objetos muy masivos necesitamos las ecuaciones de Einstein que nos proporcionan valores más precisos, en algunas ocasiones esenciales. Del mismo modo las ecuaciones de Einstein se muestran impotentes frente a determinados escenarios, como son las llamadas singularidades (Big bang, agujeros negros) en los que simplemente no funcionan ya que se enfrentan a situaciones en las que debido a las caracteristicas de estos escenarios se necesita usar de forma simultánea la mecánica cuántica (por lo pequeño) y la relatividad general (por lo masivo) y estas dos teorías hasta el momento se han mostrado incapaces de trabajar juntas. Por lo tanto podemos pensar que la relatividad Einsteniana es incompleta en determinadas situaciones como lo es la newtoniana en otras. Es necesario encontrar una nueva teoría más completa que facilite soluciones allá donde las anteriores no pueden llegar. En este contexto se está trabajando para encontrar soluciones que puedan unificar ambas teorías (cuántica y relatividad general) postulándose como promesas la Teoría de cuerdas / Teoría M o la gravedad cuántica de bucles entre otras. O sea, que afortunadamente no podemos aún descansar en paz (ni mucho menos) pensando que todo está ya atado y bien atado. Queda un largo camino por recorrer, ¿os lo vais a perder? Yo no...


"Esta entrada participa en la edición 7² del Carnaval de la Física alojado en esta ocasión en el blog El zombi de Schrödinger."


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Newton y sus manzanas.

Esta entrada está dedicada a Laura Morrón (@lauramorron)

 y a JC García-Bayonas (@2qblog)

Si pensamos en Newton no podemos evitar acordarnos de la famosa historia de la manzana cayendo bien sobre su cabeza, bien en las inmediaciones mientras el sesteaba a la sombra de un manzano.

La primera versión es a todas luces falsa y en cuanto a la segunda hay discrepancias. El problema para dilucidar la veracidad de esta segunda versión, la de un Newton que observa la caída de una manzana y de golpe y porrazo le viene a la mente toda una ley de la gravitación universal, es un poco más difícil. Entre otras cosas debido al propio Newton. Bien, vayamos por partes. Tratemos primero de responder a la cuestión de la caída del fruto y luego a la "revelación" de la teoría.

Decíamos que parte de la culpa de la dificultad de la veracidad de la anécdota era achacable a Newton. Veamos esto. Parece que el propio Newton ya anciano, tenía más de 70 años, se dedicó a popularizar su historia de la manzana, encargándose de difundirla a todo aquel que podía. Esto podría ser un punto a favor de la veracidad de la historia, pero el problema es que se recogen hasta cuatro versiones distintas de dicho momento contadas por el propio Newton, y además una de ellas se la contó a William Stukeley, que por aquél momento andaba preparando una biografía suya. Osea que lo que podemos tener claro es que Newton tenía cierto interés (o mucho interés) en que aquella anécdota pasará a la historia. Stukeley acabaría escribiendo esta versión en su Life of Newton (1752):

Después de comer, estando el tiempo cálido, fui al jardín a tomar el té con sir Isaac; bajo la sombra de unos manzanos, nos quedamos solos él y yo. Entre otras cosas, me dijo que justo en esa misma situación fue como se le había ocurrido la noción de la gravitación. Fue sugerida por la caída de una manzana cuando estaba sentado en actitud contemplativa. ¿Por que la manzana siempre cae perpendicularmente al suelo?, se pregunto a sí mismo. ¿Por qué no cae hacia otro lado o hacia arriba? Seguramente la razón es que la Tierra la atrae. Debe haber una potencia de atracción en la materia: y la suma de la potencia de atracción de la materia de la Tierra debe estar en el centro de la Tierra y no en otro lado de la Tierra . Por eso esta manzana cae perpendicularmente, o sea, hacia el centro de la Tierra. Si la materia atrae la materia, debe ser en proporción a su cantidad. Por tanto, la manzana atrae a la Tierra, como la tierra atrae a la manzana.

Además, parece que en los últimos años de su vida le gustaba rodearse de un halo de leyenda y destacar su faceta de genio (que lo fue). Como expone Antonio J. Duran Guardeño en su fantástico libro "Newton. La ley de la gravedad. La fuerza más atractiva del universo", Newton "posiblemente comprendió muy bien que el halo genial que desde tiempos inmemoriales había rodeado al científico griego (Arquímedes) tenía que ver con la excelencia de sus descubrimientos pero también con ciertas historias llamativas recogidas por los cronistas de la Antigúedad. La más célebre de ellas la del ¡Eureka!..." y parece que Newton "logró dar con una historia que, a la postre, iba a tener tanta o más capacidad que el ¡Eureka! arquimediano".

Portada de los Principia.

En definitiva, la historia parece tener un cuerpo real (dentro de sus múltiples variantes) pero Newton pudo forzar por un lado la trascendencia de esta anécdota y por otro dotarla de un poso de leyenda de genio visionario. Aclaremos ahora esta segunda cuestión. No estoy tratando de restarle mérito a Newton (no podría aunque quisiera) sino de tratar de engrandecer, aún más si cabe, su espectacular contribución a la física y a las matemáticas. Es decir, no permitir que se reduzca su creación a una idea que aparece de golpe y porrazo al ver caer un fruto. Parece difícil creer que una teoría de tal complejidad y tan poco autointuitiva se releve en el transcurso del tiempo que tarda en caer una manzana al suelo. Hay que tener en cuenta que Newton estaba proponiendo una ley universal que unía el cielo con la tierra, es decir una fuerza que respondía de la caída de un objeto en la tierra y de la órbita de la luna alrededor de la tierra y por ende de todos los planetas en torno al sol. Además, aunque a priori parezca algo brillante (la idea que deslumbra al genio contemplativo ensimismado en sus pensamientos) sería echar por tierra tantos años de trabajo y fatiga como sabemos que le llevó a Newton elaborar su Ley de la gravitación. Estaríamos menospreciando estos arduos y duros momentos por los que sabemos que el genio pasó como recoge tanto su propio testimonio como el de testigos. Newton escribió en una carta que los Principia (como se conoce su Philosophiae naturalis principia mathematica, donde se recoge la ley de la gravitación universal) los debía sólo a "la laboriosidad y al pensamiento paciente". Cuando alguien preguntó a Newton, siendo este ya famoso, cómo había descubierto la ley de la gravitación respondió "Pensando en ello constantemente".
 Y Richard Westfall, autor de la posiblemente mejor biografía de Newton, escribe "desde agosto de 1684 hasta la primavera de 1686, su vida se redujo a los Principia". Asimismo el asistente de Newton en aquella época nos deja esta imagen:

Estaba tan concentrado, tan volcado en sus estudios que apenas comía, o incluso se olvidaba de comer. De forma que, al entrar en su habitación, encontraba su plato sin tocar, y cuando se lo recordaba, me respondía: "¿Ah, sí?", y se dirigía hacia la mesa, donde tomaba uno o dos bocados de pie. En raras ocasiones, cuando decidía cenar en el hall, tomaba el camino de la izquierda y salia a la calle; allí, se detenía, dándose cuenta de su error, y volvía rápidamente, de forma que, algunas veces, en vez de ir al hall, regresaba su habitación. Cuando, en ocasiones, salía a dar una o dos vueltas por el jardín, podía detenerse de repente, darse la vuelta y, después de correr escaleras arriba, como otro Arquímedes con un "¡Eureka!", ponerse a escribir de pie en su mesa, sin ni siquiera concederse el tiempo de buscar una silla en la que sentarse.

Un Isaac Newton joven pero ya con un gran pelazo.

Si rebuscamos en la historia, esta nos habla de un Newton que ya desde su más temprana edad sentía una fascinación por la ciencia y la experimentación. Construía maquetas de molinos que funcionaban perfectamente, incluso les añadía mejoras, casas de muñecas para un grupo de niñas, relojes etc...
En una ocasión Newton contó que su primer experimento consistió en saltar un día de tormenta con viento a favor y posteriormente con viento en contra, para observar la diferencia y medir la "fuerza de la tormenta". Se dice que incluso se valió de este conocimiento para ganar un concurso de saltos cuando era niño. Cosa que no le debió ayudar mucho, dicho sea de paso, para quitarse la losa de aislamiento frente al resto de escolares y no continuar siendo un niño aislado y solitario.
Sabemos que Newton fué un trabajador incansable y que no se rendía nunca una vez que un problema se apoderaba de él. Westfall refleja su tesón (además de sus increíbles capacidades) hablándonos del "...increíble programa de estudios -llevado a cabo en privado y continuado en solitario- de un joven que asimiló un siglo de conocimientos y se colocó a la cabeza de las matemáticas y las ciencias europeas".

Después de todo lo dicho, la historia de la manzana no ha de darnos la idea de una revelación, sino que tenemos que ver la ley de la gravitación como el fruto de un duro y agotador trabajo. Como bien ha argumentado Westfall "la historia [de la manzana] vulgariza la gravitación universal, tratándola como si fuera una idea brillante". Podemos hablar que la manzana puso en marcha esta idea e inicio todo un laborioso trabajo que culminó con una de las propuestas más fascinantes de la historia de la ciencia y sin duda una de las más rompedoras.

En definitiva, lo expuesto nos sugiere que cuesta creer que toda una idea de esa envergadura se revele de una manera tan clara en apenas un instante, además del hecho mencionado de "arruinar" toda una vida de esfuerzo, trabajo y dedicación en pos de una mitificación.

"Esta entrada participa en la XLVIII edición del Carnaval de la Física alojado en esta ocasión en el blog La aventura de la ciencia".

 Y no quiero dejar pasar la oportunidad de agradecer a su autor, Daniel Martín Reina (@monzonete) el haberme puesto sobre la pista del libro de Westfall en su magnífica presentación del carnaval. Un saludo.

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Bibliografía:

-Isaac Newton: una vida. Richard Westfall.

-Newton, la ley de la gravedad. La fuerza más atractiva del universo. Antonio J. Durán Guardeño.

Resumen final del Carnaval de la Física edición XLV.

Una vez más hemos llegado al final del Carnaval de la Física, y lo primero que quiero es agradeceros por un lado la gran participación, han sido 32 contribuciones, y por otro la gran calidad de las aportaciones. Gracias a todos.

Aunque he ido añadiendo las entradas participantes según iban llegando para que pudieran ser leidas por todos vosotros, realmente hoy (30 de Octubre) es el dia en que se celebra el Carnaval. Además, como os anuncié en la presentación del carnaval se han introducido recientemente las votaciones, las cuales empiezan hoy y finalizan el 15 de Noviembre. Para votar tenéis que dejar un comentario en esta entrada indicando vuestro nombre y el blog desde el que votais, no se puede votar de forma anónima. En cuanto a los votos podéis elegir un máximo de 3 entradas y asignarle a cada una de ellas un máximo de 5 puntos y un mínimo de 1, no pudiendo repetir puntuación. Por ejemplo si voto una entrada con 5 puntos ya no podré dar esa puntuación a las siguientes (quedandome por asignar de 1 a 4 puntos) y así sucesivamente.

El ganador recibirá un premio virtual, diseñado por Araceli Giménez, que podréis lucir en vuestro blog y será la envidia de vuestros familiares.

Para facilitaros la lectura de las entradas participantes y las votaciones os proporciono dos versiones del listado de contribuciones. La que he ido publicando a lo largo del Carnaval que va acompañada de un pequeño resumen y que podéis leer aquí y el siguiente listado donde figura sólo el nombre del post y el autor. Por supuesto la numeración es la misma:


1. Discos de acreción y fuentes de rayos X de @alfa_lyrae_vega en Vega 0.0

2. Óptica adaptativa, del telescopio a las gafas de @guardiolajavi en Área joven de SEDOPTICA.

3. El módelo atómico de Rutherford de @Acc_Science en Acelerando la Ciencia.

4. Un día en el CERN de @Ununcuadio en Hablando de Ciencia.

5. Un mundo Super (entrada teórica y charla) de @lauramorron en Los Mundos de Brana.

6. El problema de William Molyneux de @MartaMachoS en ZTFNews.

7. La televisión Baird de @deibitbanon en The Science Watcher.

8. ¿Cómo hacen ESTO los...? de @MartaMachoS en ZTFNews.
  
9. La teoría de la relatividad... ¿Qué pasa si viajas a velocidades cercanas a las de la luz? de @maus_s en Nilats Maus.

10. Gyula Válvi (1855-1913) de @MartaMachoS en ZTFNews.

11. Gustave le Bon y la equivalencia materia-energía de @EDocet en Experientia docet.

12. Mi descubrimiento preferido: el Quark Top de Araceli Giménez en El Mundo de las Ideas.

13. El péndulo y Galileo (y II) de @cuantozombi en El zombi de Schrödinger.

14. El movimiento Browniano de @AdrianMaciaRey en Reflexiones.

15. La atmósfera terrestre: Origen y composición de @alfa_lyrae_vega en Vega 0.0

16. La atmósfera terrestre: Estructura de @alfa_lyrae_vega en Vega 0.0

17. La línea de rayos gamma a 130 GeV de Fermi-LAT apunta a fluctuación estadística de @emulenews en Francis (th)E mule Science's News.

18. Imponderable: el primer modelo estándar de la física de @EDocet en Cuaderno de Cultura Científica.


19. Evangelista Torricelli (1608-1647) de @MartaMachoS en ZTFNews.

20. Einstein y sus lentes (gravitacionales) de @Cuantosycuerdas en Cuantosycuerdas.

21. XLV del Carnaval de la Física – Materiales Cristalinos de @TorjoSagua en La enciclopedia Galáctica.

22. ¿Os acordais de #TertuliasCiencia? de de @Cuantosycuerdas en Cuantosycuerdas.

23. Oppenheimer, Dirac y la protohistoria del antiprotón de @emulenews en Francis (th)E mule Science's News.

24. ¡Feliz cumpleaños, metro! de @MartaMachoS en ZTFNews.

25. Un periodista entrevista a un físico teórico  de @MartaMachoS en ZTFNews.

26. Las sensuales sandalias femeninas de Einstein ― la historia atrás del mito fotográfico de @TaoFisica en El Tao de la Física.

27. ¡Feliz día del Mol!  de @MartaMachoS en ZTFNews.

28. Llámalo X de de @lauramorron en Los Mundos de Brana.

29. ¿Se te va la Honda? de @MartaMachoS en ZTFNews.

30. Investigando la fuerza centrípeta a pleno "solete murciano" de @2qblog en Bitácora de un profesor de ciencias.

31. Observación del Sol de Araceli Giménez en High Abality dimension (Asociación para el Desarrollo de las Altas Capacidades y el Talento).

32. Unha boa vista celeste de Antonio Gregorio en Física e Química en Ribadeo.


Bueno, ya sólo me queda desearos que disfrutéis con la lectura de estas magníficas entradas y una vez más agradeceros vuestra participación.

¡Feliz día del Carnaval de la Física! ¡Que comiencen las votaciones!




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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.


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"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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Contribuciones al XLV Carnaval de la Física.

Bienvenidos a la XLV edición del Carnaval de la Física. A través de esta entrada iré actualizando todas las contribuciones que vayan llegando al Carnaval, recordad que el plazo para enviar las vuestras finaliza el 25 de Octubre. Si aún no sabéis como participar aquí podéis consultar la manera de hacerlo.

 Por medio de Twitter iremos anunciando las nuevas contribuciones  y también cada vez que actualicemos este post. Nos puedes encontrar en: @Cuantosycuerdas

1. Discos de acreción y fuentes de rayos X.

Inauguramos el Carnaval con la visita de @alfa_lyrae_vega desde el blog Vega 0.0 donde nos cuenta la interesante historia del descubrimiento de los llamados discos de acreción, que se forman cuando una estrella compacta captura materia de una estrella compañera. Como consecuencia de este fenómeno se emiten rayos X, pero ¿Cómo se llegó a esta conclusión? No te quedes con la duda y descúbrelo...


2. Óptica adaptativa, del telescopio a las gafas.

La óptica adaptativa se usa para la corrección de imágenes de telescopios, pero recientemente el equipo de Pablo Artal ha obtenido una beca para un estudio aplicado al campo de la oftalmología. @guardiolajavi desde el blog Área joven de SEDOPTICA nos trae esta interesante noticia que no puedes perderte.

3. El modelo atómico de Rutherford. 

Aprovechando que estamos celebrando el 100º aniversario del modelo atómico de Bohr, @Acc_Science nos cuenta la historia del modelo atómico de... Rutherford. No se debe a ningún tipo de animadversión sino a... bueno descubridlo vosotros mismos en su blog Acelerando la Ciencia, no os la perdáis, merece la pena.

4. Un día en el CERN.

Seguro que en más de una ocasión habéis soñado con visitar el CERN, pues bien, ahora podéis hacerlo de la mano de @Ununcuadio, que se apuntó a las jornadas de puertas abiertas que allí se celebraban y volvió (menos mal) para contarnos de primera mano lo que allí se cuece. Si quieres conocer esta interesante historia, en Hablando de Ciencia nos lo cuenta.




5. Un mundo Super (entrada teórica y charla).

La gran @lauramorron, recién estrenada conferenciante Naukas, nos invita a sumergirnos en un mundo gélido. Con ella recorreremos las leyes de la ciencia a bajas temperaturas, los experimentos que condujeron a nuevos descubrimientos y como esto nos llevó a los materiales superconductores. Además, por el mismo precio podréis disfrutar de su reciente charla Naukas. Descúbrelo en su blog Los Mundos de Brana.

6. El problema de William Molyneux.

Desde ZTFNews nos traen un interesantísimo experimento mental que William Molyneux propuso a John Locke en el que planteaba como reaccionaría un ciego de nacimiento que deja de serlo cuando llega a adulto ante figuras que él era capaz de reconocer previamente  a través del tacto. Descubre las posturas que dicho experimento desató y su solución a día de hoy de la mano de @MartaMachoS




7. La televisión Baird.

Todos, o prácticamente todos, tenéis en vuestra casa una televisión pero seguro, o casi seguro, que no conocéis la interesante historia de los comienzos de este aparato. Hace unos días @deibitbanon visitó en Madrid el Museo Nacional de las Ciencias y la Tecnología y ahora nos lo cuenta. Descúbrelo en su blog The Science Watcher.




8. ¿Cómo hacen ESTO los...?

 

Desde ZTFNews nos vuelven a visitar. @MartaMachoS nos  trae esta curiosa reflexión. ¿A qué se refiere? Pues tendrás que leerlo para enterarte. Descúbrelo en su blog.



9. La teoría de la relatividad... ¿Qué pasa si viajas a velocidades cercanas a la de la luz?

@maus_s nos propone un experiemento mental para acercarnos a una de las consecuencias de la teoria de la relatividad de A. Einstein.  ¿Qué pasa cuando viajamos a velocidades cercanas a la de la luz? Pues os toca descubrirlo en su blog Nilats Maus.





10. Gyula Vályi (1855-1913).

Cuando se cumplen 100 años del fallecimiento de Gyula Vályi, @MartaMachoS nos trae este pequeño recordatorio del gran físico teórico y matemático, a la vez que nos invita a que conozcamos algo más acerca de él.Todo esto desde el blog ZTFNews.



11. Gustave le Bon y la equivalencia materia-energía.

Interesante la historia que nos trae @EDocet de este médico que se acercó a la física para proponer, antes que Einstein, una relación entre la materia y la energía. Le Bon relacionaba materia-energía a través de la radiactividad y postulaba que los átomos contenían ingentes cantidades de energía.

Sin duda muy recomendable esta lectura que nos proponen desde Experiencia docet.

12. Mi descubrimiento preferido: el Quark Top.

Araceli Giménez responde con rotundidad  a la pregunta que planteábamos en el Carnaval y nos cuenta cual es su experimento/descubrimiento favorito. Para ella fue el que condujo al descubrimiento del Quark Top. Descubre el porqué y cómo se llevó a cabo este experimento en su blog El mundo de las Ideas.



13.El péndulo y Galileo (y II).

En el Carnaval de la Física tenemos el honor de recibir la segunda (y última parte) de esta serie iniciada por @cuantozombi sobre Galileo y "sus" péndulos. En ella nos habla de como Galileo se las apañó para estudiar el movimiento uniformemte acelerado haciendo usos de planos y cómo llevó a cabo sus razonamientos en una época en la que el calculo diferencial aún no había sido inventado. Esto y más en su blog El zombi de Schrödinger.

14. El movimiento Browniano.

Cuando en el siglo XIX el botánico Robert Brown observaba unos granos de polen a través del microscopio descubrió como aquellos mostraban un movimiento curioso. Sin embargo, aquel movimiento que acabaría llevando su nombre tuvo que esperar a que un físico de apellido Einstein le diera una explicación. Si quieres descubrirla tendrás que leer el magnífico y claro relato que nos trae @AdrianMaciaRey en su blog Reflexiones.




15. La atmósfera terrestre: Origen y composción.

En esta entrada podremos conocer algo más acerca de la atmófera terrestre, esa capa que rodea nuestro planeta y que permite entre otras cosas que estemos aquí disfrutando de este Carnaval. @alfa_lyrae_vega nos trae en esta primera (de dos entradas) su origen y  composición desde su blog Vega 0.0 

16. La atmósfera terrestre: Estructura.

Tal y como nos prometía en su anterior entrada, @alfa_lyrae_vega nos trae la segunda parte de su artículo dedicado a la atmósfera. En esta nos explica la estructura en capas de nuestra atmósfera. Todo desde su blog Vega 0.0

17. La línea de rayos gamma a 130 GeV de Fermi-LAT apunta a fluctuación estadística.

@emulenews visita el Carnaval para  explicarnos como al parecer lo que muchos físicos creen que pudiera ser una señal de aniquilación de partículas de materia oscura tipo WIMP sea tan solo una fluctuación estadística. Lee la explicación detallada que nos trae desde su blog Francis (th)E mule Science´s News. Parece que tendremos que seguir esperando aún la primera señal firme de la materia oscura. Seguiremos atentos a su blog.

18. Imponderable: el primer modelo estándar de la física.

La humanidad usa analogías para entender y explicar cosas complejas. En esta entrada @Edocet que en esta ocasión nos visita desde el blog Cuaderno de Cultura Científica (@CCCientífica) nos trae este espléndido relato del primer módelo estandar de la física: el modelo imponderable. Descubrelo...

19. Evangelista Torricelli (1608-1647).

Desde ZTFNews vuelven a visitarnos, ¡y van cuatro! (gracias). En esta ocasión @MartaMachoS nos acerca a Torricelli en su 405 cumpleaños (si viviera claro). Entre otros méritos le debemos el barometro de mercurio y el principio que lleva su nombre. Descubre cómo llevó a cabo su famoso experimento y más cosas acerca de él...

20. Einstein y sus lentes (gravitacionales). 

Bueno, esta es mi participación (@Cuantosycuerdas) en el Carnaval. Cómo no quiero hacer mucho "autobombo" sólo os diré que en ella cuento un poco de la historia de las "lentes gravitacionales". Si queréis saber más tendréis que leerla. Como siempre podéis encontrarme en mi blog Cuantos y cuerdas.

21. XLV del Carnaval de la Física - Materiales cristalinos.

@TorjoSagua visita el Carnaval para contestarnos a la pregunta que planteábamos como hilo conductor (“¿Qué descubrimiento a lo largo de la historia de la Física te parece más interesante o simplemente llama tu atención?")   y nos dice que para él es el descubrimiento y desarrollo de los materiales cristalinos. Descubre por qué ha elegido este tema en la magnífica exposición que hace dentro de su blog Enciclopedia Galáctica.

22. ¿Os acordáis de #TertuliasCiencia?

Pues otra vez que me he dejado caer por el Carnaval (si, soy @Cuantosycuerdas) para contaros en esta ocasión (recordaros en realidad a muchos) esta fantástica iniciativa de Tertulias literarias de Ciencia en torno al libro "El tío Tungsteno" aprovechando un capítulo que venía cargadito de Física: Rayos catódicos, rayos X, radiactividad... Si no sabes de qué va este fantástico proyecto te estás perdiendo algo muy interesante. Ya sabéis donde estoy, en Cuantos y cuerdas.




23. Oppenheimer, Dirac y la protohistoria del antiprotón.

Nueva contribución de @emulenews al Carnaval. En esta ocasión aprovechando el aniversario de la muerte de Dirac nos sumerge en la protohistoria del protón. Descubre los intringulis de esta historia desde su predicción hasta su descubrimiento a través de su siempre recomendable blog Francis (th)E mule Science´s News.

24. ¡Feliz cumpleaños, metro!

En el Carnaval hemos celebrado unos cuantos cumpleaños y aquí tenemos uno más. En este caso nuestro amigo el metro (la unidad de medida, no el suburbano) cumple 30 años desde que fuera definido por última vez. Descubre a qué hace referencia  su definición actual. Todo esto de la mano de @MartaMachos desde ZTFNews.




25. Un periodista entrevista a un físico teórico.

Curiosa la obra teatral que nos recomiendan desde ZTFNews, "La entrevista", en la que se mantiene una  interesantísima conversación entre un físico teórico y un periodista. Descubre todo lo que da de si ese dialogo según nos cuenta @MartaMachoS. Desde luego yo no me la quiero perder...

26. Las sensuales sandalias femeninas de Einstein ― la historia atrás del mito fotográfico.

@TaoFisica nos trae esta curiosa foto que encontró por Internet. Además de hablarnos de su autenticidad nos explica el por qué de esas sandalias y nos acerca al contexto histórico del momento de la fotografía. Sin duda una narración muy interesante a la vez que divertida. Todo esto en su blog El Tao de la Física.

27. ¡Feliz día del Mol!

El 23 de Octubre entre las 06:02 AM y las 06:02 PM se celebra el día del Mol. ¿Sabés por qué se celebra este día y entre esas horas? @MartaMachoS nos cuenta la historia desde el blog ZTFNews. Como podrás intuir seguro que Avogadro anda por medio y tiene algo que ver...

28. Llámalo X.

 

El descubrimiento de los rayos X es sin duda una historia apasionante. @lauramorron nos acerca a él en un gran trabajo de investigación en donde nos remontaremos a los primeros experimentos con rayos catódicos. Recorreremos un largo camino de investigaciones, pasando por numerosos científicos para llegar al descubrimiento final. Sin duda, un ejemplo de experiencias acumuladas para converger en un gran logro. Todo esto desde su magnífico blog Los Mundos de Brana.

29. ¿Se te va la Honda?  

@MartaMachoS nos trae en esta ocasión una curiosa campaña publicitaria que emplea distintas ilusiones ópticas. Sin duda muy interesante. Os recomiendo sinceramente que además de ver la imagen y los vídeos pinchéis en los enlaces para descubrir conceptos tan interesantes (y tan bien explicados) como el de anamorfosis. Un gran placer haber podido contar con la participación de ZTFNews en el Carnaval.

30. Investigando la fuerza centrípeta a pleno "solete murciano" .

 

El siguiente blog en participar es Bitacora de un profesor de ciencia. @2qblog después de explicar en clase la fuerza centrípeta y el rozamiento propuso una práctica a sus alumnos los cuales no debieron escucharle bien puesto que ninguno de ellos la realizó. Pero él, demostrando su curiosidad, decidió llevarla a cabo con un grupo de pequeños científicos para satisfacer una predicción acerca de un resultado que concluyó ser erróneo. Todo esto le llevó a investigar acerca de su experimento y su planteamiento con más ganas aún. Descubre el experimento, las conclusiones y a @2qblog en esta entrañable entrada... (gracias!!)

31. Observación del Sol.

Desde el blog High Ability Dimension (Asociación para el Desarrollo de las Altas Capacidades y el Talento) nos acercan a esta observación del Sol, gracias a la Asociación Valenciana de Astronomía, que llevaron a cabo como la propia Araceli Gimenez dice en el blog con el único fín de que los niños y las niñas sean felices. No dudeis en leerla y daros una vuelta por el blog para descubrir que hace esta fantástica asociación. Desde aquí, gracias.



32. Unha boa vista celeste.

Y para finalizar esta edición del Carnaval, desde tierras gallegas nos llega esta aportación de la mano de Antonio Gregorio. Desde el blog Física e Química en Ribadeo nos traen el cometa Ison visto por el telescopio Hubble.

Aquí finalizan las contribuciones al Carnaval de la Física. Gracias a todos. El próximo 30 de Octubre se publicará un post donde se explicarán las normas de las votaciones que comenzarán ese mismo día. Permanezcan atentos a sus pantallas!!