Deflexión gravitacional de la luz

El 25 de noviembre de 1915 un jovencísimo Albert Einstein presentaba su obra cumbre, la Teoría de la Relatividad General, ante la Academia Prusiana de Ciencias, y unos meses más tarde era publicada en los Annalen Der Physik. Su concepción del espaciotiempo cambió para siempre nuestra manera de entender la gravedad. En este artículo intentaré describir de forma sencilla los conceptos básicos de dicha teoría y sus consecuencias más llamativas. Quizá lo más sorprendente de la Relatividad General sea que el espaciotiempo, el lugar donde ocurren los sucesos, es dinámico, es decir responde a la presencia de materia y energía, curvándose. Esto es algo totalmente extraño a la experiencia ordinaria, donde el espacio y el tiempo son nociones independientes de la realidad que nos sirven para etiquetar dichos sucesos (por ejemplo, cuando decimos que hemos quedado con una persona dada en tal esquina de tal calle a una hora concreta estamos dando cuatro coordenadas en el espaciotiempo, pero no se nos ocurre pensar que dicha descripción dependerá de cuánta masa tengamos nosotros o el banco donde nos vamos a sentar). La razón por la que no percibimos el efecto de nuestra presencia en la curvatura del espaciotiempo es debido a la extraordinaria debilidad de la interacción gravitacional, por lo que es necesario tener enormes concentraciones de materia o energía, comparables a las de la Tierra o el Sol, antes de que el espaciotiempo se curve apreciablemente.

 Principio de Equivalencia entre Gravitación e Inercia Lo que le llevó a Einstein a plantearse la conexión entre gravitación y curvatura espaciotemporal fue el hecho bien conocido por Galileo y Newton de que todos los cuerpos caen con la misma aceleración, independientemente de su contenido material (su masa). Este hecho tan cotidiano fue visto por el genio de Einstein, en uno de sus famosos experimentos mentales, como responsable de que en caída libre desaparezca la fuerza de la gravedad, algo que a estas alturas estamos acostumbrados a ver en multitud de vídeos de astronautas, por ejemplo en la Estación Espacial Internacional, orbitando en caída libre alrededor de la Tierra. Ahora bien, si la gravedad es posible cancelarla dejándonos caer en ella, independientemente de qué cuerpo es el que esta cayendo, eso es que la gravedad es una propiedad intrínseca del espaciotiempo, más concretamente de su curvatura.  La Luna en caída libre alreadedor de la Tierra Las ecuaciones de Einstein permiten relacionar dicha curvatura con el contenido de materia responsable de la atracción gravitacional. Su expresión matemática es relativamente complicada, pero el físico teórico John Wheeler lo resumió maravillosamente: "la materia le dice al espacio cómo curvarse y el espacio a la materia cómo moverse". La revolución conceptual que produjo la teoría de la Relatividad General se puede describir de forma sencilla con un caso conocido, la órbita de la Luna alrededor de la Tierra. Según Newton, en ausencia de la atracción gravitacional de la Tierra, la Luna seguiría una línea recta (la distancia más corta entre dos puntos en el espacio plano); es la Tierra la que induce una fuerza gravitatoria sobre la Luna, que le hace cambiar su trayectoria y orbitar alrededor de la Tierra. En cambio, según Einstein, la Tierra curva el espacio (como se representa en la figura) de manera que la Luna sigue una trayectoria "recta" en dicho espacio curvo, es decir, una geodésica. En ambos casos, la Luna está en caída libre. Lo que para Newton era una acción a distancia entre la Tierra y la Luna, para Einstein es una consecuencia de la deformación de espaciotiempo alrededor de la Tierra. Las dos teorías hacen predicciones concretas sobre propiedades de las órbitas de unos cuerpos alrededor de otros, como por ejemplo la precesión del perihelio de Mercurio alrededor del Sol y las observaciones confirman las predicciones de Einstein y no las de Newton. 

Deflexión gravitacional de la luz Una de las consecuencias de la equivalencia entre gravitación e inercia que Einstein predijo con su teoría de la Relatividad General es la deflexión de la luz en un campo gravitacional. Este efecto es responsable del cambio aparente en la posición de las estrellas que se observan próximas al Sol, debido a la curvatura espacial creada por éste, tal y como fue medido por primera vez por dos equipos de astrónomos ingleses en el eclipse solar del 29 de mayo de 1919, confirmando espectacularmente las predicciones cuantitativas de la teoría de la Relatividad General, y lanzando a Einstein al estrellato mundial. Hoy en día, las lentes gravitacionales son parte consustancial de la astronomía observacional y sirven para determinar de forma bastante fiable la masa de las galaxias o cúmulos de galaxias que están actuando de lente. Esto ha servido para confirmar que hay mucha más materia oscura que ordinaria en el universo.  Efecto de lentes gravitacional de galaxias lejanas por un cúmulo de galaxias Otra de las predicciones más espectaculares que hace la teoría, pero cuyas consecuencias le dieron vértigo a Einstein poco después de publicar su teoría, fue la expansión del universo. Podemos llegar a comprender la deformación del espacio alrededor de un cuerpo masivo como el Sol, pero nos cuesta imaginarnos

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