Confirmar la teoría de la relatividad general de Einstein con un rascacielos y dos relojes

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Aprovechar la altura del rascacielos Tokyo Skytree para revalidad a Einstein | imagen Reuters/Kim Kyung-Hoon
Aprovechar la altura del rascacielos Tokyo Skytree para revalidad a Einstein | imagen Reuters/Kim Kyung-Hoon

Revalidar las teorías de Einstein se ha convertido casi en un deporte científico durante algo más de un siglo, una especie de reto donde los investigadores utilizan su imaginación y originalidad para poner a prueba las diferentes versiones de la teoría de la relatividad. Se han analizado eclipses de Sol, se han utilizado aviones y satélites, se ha probado en la Estación Espacial Internacional… y hace tan solo unos días, unos físicos japoneses han publicado su propia confirmación de la Teoría de la Relatividad General echando mano de un par de relojes muy precisos y el rascacielos Tokyo Skytree.

Una de las más importantes consecuencias de la Teoría de la relatividad general es la dilatación gravitacional del tiempo, es decir, el tiempo transcurre de manera diferente en regiones de diferente potencial gravitatorio. La película Interstellar nos enseñó en la gran pantalla que encontrarse cerca de un objeto muy masivo, y con una potente gravedad, hace que el tiempo pase más lento. Con esta idea en mente, el experimento realizado por los investigadores japoneses del Quantum Metrology Laboratory, RIKEN, de la Universidad de Tokio es fácil de comprender: si tienes relojes muy precisos y los separas de la gravedad terrestre, el que esté situado más arriba (y por tanto más alejado del centro de la Tierra) tendrá un ritmo más rápido de tiempo, mientras el que esté en el suelo “correrá” más lento.

El Dr. Katori con uno de los relojes utilizados en el experimento | Riken, Universidad de Tokio
El Dr. Katori con uno de los relojes utilizados en el experimento | Riken, Universidad de Tokio

En el artículo, publicado en Nature Photonics, explican que utilizaron dos relojes de ultraprecisión, uno en la base y otro en el observatorio de la Torre Tokyo Skytree, a 450 metros del suelo. Evidentemente se requieren relojes con una precisión enorme, desarrollados por el grupo RIKEN, que son capaces de medir una diferencia de alrededor de un centímetro de altura.

No es un ejercicio banal en nuestra vida cotidiana, tal y como nos cuenta Mario Herrero, investigador investigador postdoctoral en Física Teórica en SISS, Trieste (Italia), “este efecto es muy importante para los satélites que realizan labores de geolocalización, los famosos GPS. Si no tuvieran en cuenta este desfase temporal, los GPS tendrían errores de cientos de metros”.

Los autores del estudio recuerdan que su experimento no solo sirve para demostrar, una vez más, que Einstein tenía razón, sino que el desarrollo de medidas más precisas de este desfase temporal puede ser utilizado en incontables aplicaciones. “Una de las ventajas de los relojes ultraprecisos es detectar y utilizar la curvatura del espacio-tiempo por gravedad. Los relojes pueden distinguir pequeñas diferencias de altitud, lo que nos permite medir desniveles en el suelo en lugares de difícil acceso como volcanes activos, además de medir la deformación de la corteza, o definir la referencia de altura. Queríamos demostrar que podíamos realizar estas mediciones precisas en cualquier lugar fuera del laboratorio, con dispositivos transportables”.

Este último aspecto es muy importante, una de las claves de la publicación reside en la ingeniería necesaria para miniaturizar enormes relojes que se suelen utilizar en el laboratorio y convertirlos en dispositivos transportables, al mismo tiempo que se perfeccionaron para hacerlos insensibles a los ruidos ambientales como los cambios de temperatura, las vibraciones y los campos electromagnéticos.

Referencias científicas y más información:

Masao Takamoto et al. “Test of general relativity by a pair of transportable optical lattice clocks” Nature Photonics (2020) DOI: 10.1038/s41566-020-0619-8

Universidad de Tokyo, Grupo RIKEN “Scientists use the Tokyo Skytree to test Einstein’s theory of general relativity

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