• Jul. 11, 2008, 6:06 p.m.
Es cuestión de hábitos mentales, nos decía un profesor de física del colegio secundario. No parecería muy difícil romper esos hábitos mentales. Pensemos por ejemplo que si los planetas giran, sin soporte alguno, en órbitas casi circulares alrededor del Sol, ¿porqué no admitir que el espacio puede ser curvo?
Esta pregunta inocente en boca de niños y adolescentes fue formulada por Einstein dentro de un riguroso marco científico.
Los nuevos hallazgos de la física de mediados a fines del siglo XIX: las ecuaciones Maxwell que enfatizan el concepto de campo que emite radiación a la velocidad de la luz; la variación de la masa con la velocidad; la comprobación que la velocidad de la luz, si bien notablemente rápida, no es infinita y que además ella es independiente del movimiento de la fuente, pusieron en serios aprietos a la teoría de Newton, incapaz de explicar por entonces estas desconcertantes novedades.
En dos pasos, 1905 (relatividad especial RE) y 1916 (relatividad general RG), un joven físico alemán, Albert Einstein, dio una asombrosa solución a estos interrogantes explicando por fin, por primera vez , la naturaleza de la gravedad.
Supongamos disponer de un gran cubo inflado de fuertes paredes plásticas. Si depositamos sobre su cara superior una pesada bala de cañón M, ella deformará al cubo deprimiéndolo y creando a su alrededor un espacio curvo. Si empujamos adecuadamente ahora a una pequeña bolita m ubicada cerca de los extremos del cubo, ella – al llegar al espacio curvo – se enroscará en él y al menos por un instante, nos recordará a la Tierra girando alrededor del Sol.
En 1916 Einstein, apoyándose en la idea de espacio curvo que terminamos de describir, y de la equivalencia entre campo gravitatorio y aceleración, solucionó todos los interrogantes, encontrando al mismo tiempo un sólido marco conceptual que le permitió afirmar que las leyes de la naturaleza son siempre las mismas cualquiera sea el movimiento del sistema de referencia elegido.
Volvamos ahora a 1905. Por ese entonces Einstein da a conocer su Teoría Especial de la Relatividad (RE), restringida a muy veloces movimientos rectilíneos y uniformes. Es por aquel tiempo que las tambaleantes bases filosóficas de la teoría de Newton terminan por caer. Sabemos que Newton reconoció: 1) un espacio, un tiempo y un movimiento absolutos, es decir inmodificables cualquiera sea el observador en movimiento; 2) una masa (resistencia al cambio) constante; y 3) una velocidad de la luz infinita, es decir una propagación instantánea.
Einstein cambió rotundamente estas bases filosóficas remplazándolas por un espacio, un tiempo y un movimiento relativos. Justificó también porqué la masa crece con la velocidad y encontró equivalencia entre masa y energía, terminando por asumir que  la velocidad de la luz, que no puede ser sobrepasada, es una constante central del Universo.
Un espacio y un tiempo relativos significan que un observador terrestre comprobará que una nave espacial que se desplaza a gran velocidad se contrae y al mismo tiempo, que el reloj de un astronauta que viaja en su interior,  atrasa.
También se sabía desde el siglo XVIII que al trasladar un reloj de péndulo en un largo viaje (por ejemplo de norte a sur) el reloj debería ser ajustado dado que su marcha cambia al variar la gravedad sobre la superficie de la Tierra.
Ubiquémonos de nuevo en 1916. Cuando Einstein resuelve al problema de la gravedad a partir de un espacio curvo, predice entonces que los relojes adelantarán al ser colocados a alturas crecientes del campo gravitacional, en concordancia con la pérdida de energía (de potencial) del campo.
Asumido ahora que el espacio es curvo, se retuvo el principio de inercia. Antes se hablaba de movimientos rectilíneos con velocidad constante, ahora se considera una velocidad constante aunque en un espacio curvo.
Años después de iniciada la era satelital que comenzara con el lanzamiento del primer Sputnik en 1957, F.S. Singer, de la Universidad de Maryland, propuso colocar relojes en los satélites para comprobar los siguientes dos efectos relativistas:
a)    El atraso de los relojes debido al giro de los satélites a velocidad constante alrededor de la Tierra (RE),
b)    El adelanto de los relojes ante la pérdida de energía con la altura (RG).

Hacia 1971 se colocaron cuatro precisos relojes atómicos en un avión que viajando a 10 Km. de altura y con una velocidad de 900 Km./h produjo un atraso (RE) de 272 diezmillonésimas de segundo en muy buena concordancia con la teoría. Sin embargo el cambio debido a la (RG) no fue detectado por su escasa significación debido a la poca altura.
Ante el advenimiento del sistema GPS se dieron muy buenas condiciones para calcular ambos efectos relativistas.
Es sabido que el sistema GPS dispone de una constelación de satélites (Sj) que orbitan en trayectorias casi circulares a 20.200 km de altura y a velocidad de casi 4 Km./seg. ó, 14.400 Km./h. El sistema tiene como meta el posicionamiento. Para ello utiliza un mínimo de 4 satélites. Tanto los satélites Sj como los receptores terrestres Ri están dotados de relojes atómicos de gran estabilidad (del orden por ejemplo de un cien billonésimo de segundo). Se miden así para la misma época las distancias RiSj donde las diferencias de tiempo entre satélite y receptor deben ser multiplicadas por la velocidad de la luz.
Cada satélite emite señales de tiempo sincronizadas con los relojes de los receptores. Las variaciones relativistas son:  1) un atraso en (RE) del orden de la décima parte de un nanosegundo (un diez mil millonésimo de segundo); 2) un adelanto en (RG) del orden de 5 veces el valor anterior. La variación relativista neta significa así un adelanto del orden de 4 décimas de nanosegundo. A partir de estos valores se obtiene fácilmente el cambio de frecuencia de los relojes. Como este es un valor constante, antes del lanzamiento de los satélites el adelanto de sus relojes es corregido. Pensemos que de no corregirlos, el valor acumulado en un día (86164 seg.) sería del orden de 34, 4 millonésimas de segundo que se traduciría en una incertidumbre de unos 10 Km. (igual a 34,4 x 0,3 Km.) en la distancia satélite-receptor.
Finalmente son destacables dos cuestiones: 1) el GPS para ser eficiente necesita realizar las correcciones por efectos relativistas, y 2) este test es una excelente validación directa de la relatividad.

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