Sin sombra de duda: El eclipse de 1919 que confirmó la teoría de la relatividad de Einstein Daniel Kennefick Princeton University Press (2019)
El siglo de la gravedad: Del eclipse de Einstein a las imágenes de los agujeros negros Ron Cowen Harvard University Press (2019)
La guerra de Einstein: cómo triunfó la relatividad en medio del vicioso nacionalismo de la Primera Guerra Mundial Matthew Stanley Dutton (2019)
En 1916, Albert Einstein publicó su teoría general de la relatividad con todo detalle matemático. Eso abrió la ventana a un marco radicalmente nuevo para la física, aboliendo las nociones establecidas de espacio y tiempo y sustituyendo la formulación de las leyes de la gravedad de Newton. La revolución de Einstein iba a cambiar el curso de la ciencia; pero en los años inmediatamente posteriores a su publicación, no había pruebas observacionales definitivas de que su teoría fuera correcta.
Entra Arthur Stanley Eddington. Un astrónomo interesado en la teoría de Einstein por sus amplias implicaciones para la astrofísica y la cosmología, Eddington asumió la tarea de demostrarla. Aprovechando un eclipse total de sol, argumentó que se podía medir la desviación, o flexión, de la luz por la gravedad del Sol. Se trataba de una prueba crítica, ya que la teoría de Einstein predecía una desviación que duplicaba precisamente el valor obtenido mediante la ley de gravitación universal de Isaac Newton. El eclipse necesario se produjo hace 100 años, en 1919. Eddington está asociado para siempre a dos expediciones para verlo: desde Sobral, en el norte de Brasil, y desde la isla de Príncipe, frente a la costa de África Occidental. Esas trascendentales aventuras constituyen el núcleo de tres libros que conmemoran el centenario: No Shadow of a Doubt, del físico Daniel Kennefick, Gravity’s Century, del periodista científico Ron Cowen, y Einstein’s War, del historiador de la ciencia Matthew Stanley.
La teoría de Einstein, que tardó ocho años en elaborarse, surgió de las ideas que había desarrollado tras publicar su teoría de la relatividad especial en 1905. Uno de los efectos predichos por la nueva teoría era que los rayos de luz que pasaban cerca de un cuerpo masivo, como una estrella, se doblaban por su campo gravitatorio. Este efecto se había predicho cualitativamente con la teoría de la gravedad de Newton. El propio Newton había escrito en su obra de 1704 Opticks: «¿No actúan los cuerpos sobre la luz a distancia, y por su acción desvían sus rayos…?» Pero no hay evidencia de que haya calculado la magnitud del efecto (el primer cálculo completo fue publicado por el matemático alemán Johann Georg von Soldner, en 1804).
La teoría de la gravedad de Newton no formuló, por supuesto, la gravedad como una consecuencia del espacio curvo. Esa fue la innovación de Einstein. Y cuando calculó el efecto, confirmó que la luz se desvía (como en la teoría newtoniana), pero a través del espacio curvo. Es esta curvatura la que duplica la desviación.
Condiciones de prueba
Einstein ventiló públicamente por primera vez la teoría general de la relatividad ante la Academia Prusiana de Ciencias en 1915. La Primera Guerra Mundial estaba entonces muy avanzada, con todo su horror. Al año siguiente, a pesar de la interrupción de los canales de comunicación en tiempos de guerra, Eddington y su colega astrónomo Frank Watson Dyson -entonces director del Observatorio de Cambridge y Astrónomo Real, respectivamente- lograron obtener los documentos publicados por Einstein. Dyson se dio cuenta inmediatamente de que el eclipse total de sol de 1919 sería una prueba ideal.
Durante este eclipse, el Sol se situaría frente a las Híades, un cúmulo de estrellas brillantes en la constelación de Tauro. Así, en la totalidad, muchas estrellas serían visibles cerca del disco eclipsado. (Esto era clave porque el efecto de curvatura de la luz predicho por Einstein es mayor para las estrellas observadas cerca del Sol). Las posiciones de las estrellas con respecto al Sol podían registrarse y medirse en placas fotográficas, y luego compararse con placas de referencia que mostraban las estrellas cuando el Sol no estaba cerca del campo de visión. De este modo, se podían calcular los desplazamientos aparentes causados por el campo gravitatorio del Sol. Cuantas más estrellas se midieran, más posibilidades tendrían los observadores de corregir los errores sistemáticos y reducir los aleatorios.
Esa era la idea. Pero había muchos obstáculos prácticos que superar, tanto en los aspectos técnicos de las observaciones como en la logística de la expedición. La trayectoria de la totalidad del eclipse pasaba desde el norte de Brasil hasta África Occidental, cruzando el Atlántico, lo que hacía imposible montar una expedición desde Gran Bretaña hasta que cesaran las hostilidades. El armisticio de noviembre de 1918 dejó el tiempo justo para poner en marcha el plan. Dyson, encargado general de las expediciones, permaneció en Inglaterra. Eddington viajó a Príncipe; Andrew Crommelin, que trabajaba en el Real Observatorio de Greenwich, Londres, fue a Sobral.
Los detalles de las dos expediciones están bien resueltos en Sin sombra de duda. Meticulosamente investigado y vívidamente escrito, el relato se convertirá sin duda en la obra de referencia estándar sobre este fascinante ejemplo de «Gran Ciencia». Eddington, revela Kennefick, tuvo una suerte terrible. Al encontrarse con un mal tiempo en Príncipe, consiguió hacer menos mediciones de las que esperaba. Además, una propuesta de huelga de una compañía de vapores le impidió permanecer en Príncipe el tiempo suficiente para medir in situ las posiciones de las estrellas en sus placas, y tuvo que hacer el análisis a su regreso a Inglaterra.
Crommelin tuvo condiciones mucho mejores en Brasil. A pesar de los problemas técnicos con el equipo que dejaron muchas placas muy borrosas, sus mediciones fueron decisivas, y se acercaron notablemente más a la predicción de Einstein que a la de Newton. Los resultados se anunciaron colectivamente en noviembre de ese año, en una reunión especial conjunta de la Royal Society y la Royal Astronomical Society en Londres. Fue noticia de primera plana en todo el mundo.
Cuestiones y confirmación
Esa conclusión inicial de Dyson, Eddington, Crommelin y sus equipos fue confirmada posteriormente por muchos otros experimentos con eclipses. Sin embargo, Eddington ha sido acusado por algunos de manejar mal las mediciones de los eclipses. El título de Kennefick, Sin sombra de duda, es por tanto un juego de palabras y una declaración de intenciones para disipar estas sospechas. Kennefick analiza las críticas con cierto detalle. Yo puedo añadir un par de puntos breves.
Una es que Eddington tuvo que adoptar un plan B al analizar los datos del Príncipe, después de que la desgracia le obligara a ello; pero, en mi opinión, no hizo nada descabellado. Todas las mediciones del eclipse de 1919 están tabuladas (en F. W. Dyson et al. Philos. Trans. R. Soc. Lond. A 220, 291-333; 1920). Es sencillo, y también bastante instructivo, analizarlas mediante técnicas estadísticas modernas. Yo lo he hecho, y no he encontrado ninguna prueba de que Eddington haya «manipulado los libros». Es una enorme desgracia que no sobreviva ninguna de las placas originales de ninguna de las dos expediciones: de lo contrario, habría sido posible medirlas con una tecnología más sofisticada. Las placas de Eddington se perdieron después de su muerte en 1944; su hermana podría haberlas tirado cuando se vio obligada a abandonar la casa de Cambridge que compartían. Las placas de Crommelin parecen haber desaparecido en el curso de sucesivas reorganizaciones en el Real Observatorio.
El siglo de la gravedad se concentra más en las ramificaciones más amplias de la teoría de Einstein en la cosmología y la astrofísica, incluyendo los agujeros negros y las ondas gravitacionales. Con menos de 200 páginas, el libro de Cowen es una lectura ágil y agradable, una adición bienvenida a una estantería repleta de libros sobre estos temas.
Cowen también se adentra en la encarnación de Einstein como icono cultural. El «año del milagro» de 1905, cuando publicó artículos sobre el movimiento browniano y el efecto fotoeléctrico, así como sobre la relatividad especial, convirtió a Einstein en una estrella de la física. Las expediciones del eclipse de 1919 hicieron mucho más, consolidando su reputación entre los físicos y transformándolo en una superestrella internacional. Sin embargo, en mi opinión, al menos parte de la razón de esa repentina celebridad es que la expedición se produjo justo después del final de la guerra. Además, era un experimento británico que ponía a prueba las ideas de un teórico alemán. Después de cuatro terribles años de muerte y destrucción, quizás la gente encontró en el triunfo de Einstein un símbolo de algún tipo de reconciliación.
Stanley comparte esa opinión en La guerra de Einstein. Detallado y de fácil lectura, el libro complementa a Sin sombra de duda como relato de las expediciones del eclipse y su trasfondo político. Es especialmente revelador sobre el trabajo científico y la vida privada de Einstein antes de los trascendentales acontecimientos de 1919, sobre todo al mostrar cómo se vieron afectados por la Primera Guerra Mundial.
Uno de los datos interesantes del relato de Stanley es que Einstein ya había hecho un intento de calcular la curvatura de la luz en 1911, antes de haber formulado la teoría general de la relatividad completa. Su resultado fue precisamente el mismo que el valor newtoniano. Me quedé pensando en qué habría pasado con su reputación si las mediciones se hubieran hecho entonces. ¿Habrían sido un revés? ¿O simplemente le habrían impulsado a producir la teoría completa, con su crucial factor de dos?