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Confirman en el espacio la universalidad de la caída libre

Se ratifica el principio de equivalencia, uno de los pilares de la Relatividad General


Un experimento desarrollado en el interior de un satélite orbitando la Tierra a 710 kilómetros de altitud ha comprobado con una exactitud sin precedentes la universalidad de la caída libre: todos los cuerpos caen en el vacío a la misma velocidad independientemente de su masa. Se confirma así el principio de equivalencia, uno de los fundamentos de la Relatividad General propuesta por Einstein hace más de 100 años.





El satélite Microscope. Foto: Cnes, D. Ducros
El satélite Microscope. Foto: Cnes, D. Ducros
Los primeros resultados del minisatélite francés Microscope confirman la validez del principio físico según el cual todos los cuerpos caen en el vacío a la misma velocidad, independientemente de su masa o de su composición química, y siguen movimientos idénticos.

Se ha comprobado con dos masas diferentes en el interior del satélite: una de 400 gramos constituida en un 90% de platino, la otra de 300 gramos de peso constituida en un 90% de titanio. Como el satélite está en órbita, no cae sobre la Tierra y el sistema puede medir las aceleraciones en las dos masas con una precisión 100 veces mejor que la que podría obtenerse sobre la superficie terrestre.

Microscope (MICROSatellite à trainée Compensée pour l’Observation du Principe d’Équivalence) ha conseguido 1.900 órbitas útiles para la medida del principio de equivalencia, lo que equivale a una caída de 85 millones de kilómetros, la mitad de la distancia que hay entre la Tierra y el Sol, según se informa en un comunicado.

Después de haber analizado solamente el 10% de los datos reunidos hasta ahora, el equipo de análisis de la información obtenida por Microscope mejora la precisión del test del principio de equivalencia en un factor 10. Los resultados se han publicado en la revista Physical Review Letters.

Los nuevos datos demuestran, con una precisión inédita, que los cuerpos caen en el vacío con la misma aceleración. Aunque este principio ya estaba sólidamente constituido, los nuevos datos arrojan una nueva confirmación de la Relatividad General propuesta por Albert Einstein hace más de un siglo.

Principio de equivalencia

Esta teoría se concibió asumiendo que el Principio de Equivalencia era cierto. Señala que espacio y tiempo están unidos en un continuo espacio-tiempo de cuatro dimensiones y la gravitación resulta de una curvatura del espacio tiempo, que se deforma por la presión de la materia.

Esta teoría de la gravitación ya fue verificada experimentalmente hace poco mediante la detección de las ondas gravitacionales. Pero la teoría cuántica de campos, otra de las grandes teorías del siglo pasado, que describe fielmente el mundo de las partículas elementales y de lo infinitamente pequeño, parece irreconciliable con la Relatividad General.

La búsqueda de una teoría universal, de la gravitación por un lado, y cuántica por otro, es el santo grial de la física de nuestro siglo. Algunas teorías predicen una violación del principio fundador de la Relatividad General, la equivalencia entre gravitación y aceleración, a un nivel muy débil.

Pero los datos obtenidos por Microscope destierran la posible inconsistencia de esta equivalencia y aportan nuevas restricciones a las teorías que proponen revisar la Relatividad General. Otra consecuencia del hallazgo del satélite francés que no dejará sin consecuencias al mundo de la Física.

De no haberse confirmado el principio de equivalencia, también habría supuesto una revolución en el campo de la física, porque supondría admitir la existencia de fenómenos físicos desconocidos capaces de violar este principio.

500 años experimentando

Se cree que Galileo (1564-1642) había comprobado el principio de equivalencia lanzando dos objetos desde lo alto de la torre de Pisa. En 1971, el  astronauta Dave Scott  lanzó también una pluma y un martillo sobre la superficie lunar y los dos objetos llegaron al suelo selenita al mismo tiempo.

En los últimos 500 años, este principio se ha comprobado multitud de veces.  Sin embargo, ni Galileo, ni Newton, ni sus sucesores, hasta la llegada de Einstein, habían comprendido este principio, hoy llamado principio de equivalencia. La explicación de Einstein es uno de los fundamentos de la Relatividad General. Y hoy se confirma con los datos de un satélite de 300 kilos orbitando la Tierra a 710 kilómetros de altitud.

Se confirma así que la gravitación se manifiesta obligando a todos los cuerpos materiales a seguir la curvatura geométrica del espacio-tiempo. Y que como todos los cuerpos ocupan el mismo espacio-tiempo, están sujetos a la misma curvatura y por ello sus movimientos son todos idénticos. Este resultado es de alcance mundial para la física y va a suponer la revisión de las teorías alternativas a la Relatividad General, según los investigadores.

Referencia

MICROSCOPE Mission: First Results of a Space Test of the Equivalence Principle. Phys. Rev. Lett. 119, 231101. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.231101


Martes, 5 de Diciembre 2017
Redacción T21
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