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Manel Perucho Pla, Universitat de València

En 1905 Albert Einstein publicó la teoría de la relatividad especial. Esta teoría daba solución al problema derivado del hecho de la velocidad de la luz sea independiente del observador, es decir, que todos midan el mismo valor.

Con esta teoría, nuestra percepción del Universo cambió para siempre: el espacio y el tiempo se volvieron “flexibles” –podían dilatarse o contraerse–, se fusionaban en el concepto geométrico del espacio-tiempo y, además, la materia y la energía pasaban a ser equivalentes.

Diez años después, en 1915, Einstein publicó la teoría de la relatividad general, con una interpretación geométrica de la gravedad que incluía la dinámica de las partículas sometidas a esta fuerza: el espacio-tiempo es en general plano, pero la masa/energía lo curva.

Mercurio: la gran incógnita de la época

Para empezar, la teoría explicaba uno de los problemas no resueltos en la época: la precesión del perihelio de Mercurio. Además, existían predicciones que debían comprobarse para validarla o refutarla.

Una de estas predicciones tenía que ver con el hecho que la gravedad pudiera actuar sobre la luz. Von Soldner ya había estimado en 1801, utilizando la teoría de Newton, que un rayo de luz que pasara cerca de la superficie del Sol se desviaría 0.87 segundos de arco. Aunque con inconsistencias conceptuales (la luz no tiene masa), este cálculo podía realizarse.

Más tarde, con la relatividad general desarrollada, Einstein rehízo el cálculo y obtuvo 1.74 segundos de arco, es decir, el doble de lo que predecía la gravedad de Newton.

Conversaciones entre científicos

La noticia de la publicación de la teoría de la relatividad general llegó a Arthur S. Eddington, en Cambridge, mediante su amigo neerlandés Willem De Sitter, gracias a que los Países Bajos eran neutrales en una guerra que impedía la comunicación entre científicos alemanes y británicos.

Poco tiempo después, Sir Frank W. Dyson, astrónomo real, informó a Eddington de que el 29 de mayo de 1919 habría un eclipse total en una franja que cruzaba el Atlántico, desde Guinea Ecuatorial hasta Brasil. ¿Y qué tenía que ver un eclipse en todo esto? Muy sencillo: para ver algo alrededor del Sol es neceario que alguna cosa lo tape. El gobierno británico financió la expedición con mil libras esterlinas, además de un centenar adicional para material.

El experimento con el eclipse

Además, este eclipse tendría una duración de seis minutos (mucho más largo, por ejemplo, que el que disfrutaremos el 12 de agosto), y justo detrás del Sol estaría el cúmulo de las Híades. Así, se esperaba que la luz emitida por estas estrellas pasara cerca de la superficie del Sol y poder realizar las mediciones necesarias.

Si los rayos se curvan, la posición aparente del origen (la estrella) estaría desplazada respecto a la real. Había tres posibles resultados del experimento: que no hubiera ningún desplazamiento aparente de la posición de la estrella, que lo hubiera y fuera compatible con la predicción newtoniana, o con la relativista.

Las mejores localizaciones que encontraron fueron la isla de Príncipe, en la costa occidental africana, y Sobral, en el norte de Brasil. A Sobral  fueron Charles Davidson y Andrew Crommelin, astrónomos del Observatorio Real de Greenwich. A Príncipe, el citado Eddington, y Edwin T. Cottingham, un relojero de Cambridge.

Las expediciones zarparon en febrero de 1919 con el material de observación. Las lentes se separaron de sus estructuras habituales y se colocaron en tubos que facilitaron su transporte. Por este motivo hubo que incorporar unos espejos conocidos como celóstatos que pueden moverse para corregir el movimiento de rotación de la Tierra y fijar el campo de visión en la imagen. De lo contrario, las imágenes de las estrellas aparecen como líneas en la placa fotográfica, imposibilitando cualquier medición de su posición relativa.

Mal tiempo e imágenes borrosas

El 29 de mayo Eddington y Cottingham sufrieron mal tiempo y solo hacia el final del eclipse pudieron tomar un par de imágenes utilizables. Davidson y Crommelin tuvieron problemas con sus instrumentos, seguramente por el efecto del calor en los tubos metálicos que fabricaron in situ para la lente más grande (unos 25 cm de diámetro) y el espejo celóstato. Así, las imágenes resultaron borrosas.

Afortunadamente, las que tomaron con una lente más pequeña, de unos 10 cm, tenían buena calidad. La sugerencia de incorporar estas lentes vino del reverendo Aloysius Cortie, un experto en eclipses solares que no pudo viajar y fue sustituido por Crommelin. Al final, la idea fue fundamental.

A pesar de las dificultades, los datos utilizables pudieron ser analizados en Cambridge y Greenwich. Los resultados fueron de 1,61 ± 0,40 segundos de arco para la observación de Príncipe y de 1,98 ± 0,18 para la de Sobral. El análisis estadístico indicaba que la opción más probable era que representaran la confirmación de la relatividad general.

¿Por qué se dudó del experimento?

Ciertamente, todos los problemas de los experimentos introdujeron cierto grado de error en las mediciones, hecho que algunos aprovecharon décadas después para poner en duda el resultado e incluso la manera de hacer de la ciencia. Se ha llegado a acusar a Eddington y Dyson de eliminar las imágenes defectuosas sin un criterio objetivo…

Aún así, se ha revisado críticamente el procedimiento utilizando no sólo herramientas de trabajo científico, sino también la documentación que dejaron los protagonistas, y se ha podido confirmar que los resultados fueron tratados con total honestidad y que, efectivamente, se llegó a la conclusión estadísticamente correcta.

Finalmente, las mediciones posteriores han ratificado que la predicción de la relatividad era ajustada y que este experimento –impugnado por algunos– fue esencialmente correcto en los cálculos y honesto en el tratamiento de éstos. Pero, sobre todo, resultó determinante en la historia de la ciencia y, en concreto, a la hora de confirmar experimentalmente la validez de la teoría de Einstein que revolucionó la física a principios del siglo XX.

Manel Perucho Pla, Astrofísica relativista i d'altes energies, Universitat de València

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el original.