De cómo una casa de la Ciudad Vieja ayudó a Einstein a convalidar la relatividad

La historia no comienza en realidad en los tiempos de Albert Einstein, ni en su ciudad natal (Ulm) ni tampoco en Uruguay. De hecho, se inicia 111 años antes de que el físico comenzara a esbozar la teoría de la relatividad, en épocas en que el paradigma newtoniano de la gravedad estaba completamente vigente.

En 1789, año de la Revolución Francesa, comenzó su viaje alrededor del mundo la Expedición Malaspina, una misión científica española que partió a mitad de año desde Cádiz, dos semanas después de la toma de la Bastilla. Se la conoció así posteriormente en honor a su conductor, el científico y capitán de navío Alejandro Malaspina, que propuso a la Corona la realización de una misión al estilo de las realizadas por el capitán James Cook en nombre de Inglaterra o las de Jean Francois Laperouse para Francia.

La expedición era aún más ambiciosa que aquellos ejemplos en los que se inspiró e incluía especialistas de varias disciplinas científicas: relevamientos geográficos y zoológicos, cartografía, botánica, observaciones etnográficas y, de paso, algunos objetivos reservados de naturaleza política, inevitables en épocas convulsionadas.

A bordo de la Atrevida y la Descubierta, Malaspina partió en un viaje que duraría cinco años en total. La primera parada de la expedición fue en Montevideo, apostadero naval de la Real Armada Española en esta zona, que es donde comienza a desenredarse nuestra historia.

Oscar Méndez, director del Planetario, conoce bien lo ocurrido con la expedición Malaspina en nuestro país y tiene incluso documentación sobre el pasaje de los expertos por Montevideo, gracias a la importancia que tuvo aquella visita para la astronomía uruguaya; fueron aquellos sabios los que hicieron las primeras observaciones astronómicas en el marco de la ciencia moderna en Uruguay. Llegaron a comienzos de octubre de 1789 y montaron durante un mes un observatorio en la azotea de la casa de un colono, ubicada en la intersección de las actuales calles Cerrito y Pérez Castellano.

El objetivo primario de la visita era realizar una cartografía precisa del Río de la Plata, pero parte de los objetivos científicos incluía la observación de varios fenómenos astronómicos. Entre los especialistas de aquella expedición se encontraban los astrónomos Dionisio Alcalá Galiana, Juan José Vernacci, Felipe Bauzá,y José Espinosa y Tello.

"El 5 de noviembre de ese año se produjo el tránsito a Mercurio, el pasaje de Mercurio por delante del sol. Se observó desde varios lugares del mundo, pero en Montevideo los oficiales de la expedición Malaspina realizaron un trabajo muy preciso", indicó Méndez.

Tras su pasaje por Montevideo, la expedición continuó luego su viaje alrededor del mundo, "recabando diez veces más folios que todas las expediciones del capitán Cook juntas", recordó el director del Planetario.

Capítulo dos

Las implicancias de aquellas observaciones hechas en la Ciudad Vieja son las que conducen al segundo capítulo de esta historia. Sin que se sepa bien cómo, los datos de la expedición llegaron muchos años después a Francia, quizá como botín de guerra cuando se produjo la ocupación francesa de España a cargo del hermano de Napoleón Bonaparte.

A comienzos de la década de 1840, entra en escena Urbain Le Verrier, que fuera un histórico director del Observatorio de París y es recordado por ser el primero en deducir la existencia del planeta Neptuno, gracias a las perturbaciones de la órbita de Urano.

Le Verrier accedió a las observaciones hechas en Montevideo y usando esos datos, más otros recabados en Europa, publicó por entonces un artículo titulado Investigación sobre la órbita de Mercurio y sus perturbaciones. En él, Le Verrier intentaba explicar algo extraño que se derivaba de aquellas observaciones.

"Usando los datos del tránsito de Mercurio el 5 de noviembre de 1789, encontró una diferencia entre lo que la teoría establecía y lo que en realidad sucedía con la órbita del planeta", contó Oscar Méndez.

El profesor explicó que es una diferencia pequeñísima, llamada "precesión secular del equinoccio de Mercurio", de unos 43 segundos de arco por siglo. "Las observaciones estaban tan bien hechas que se encontró esa diferencia, que no se podía explicar", agregó. Incluso Le Verrier presupuso que existía un planeta más cercano al sol que el propio Mercurio, que lo estaba "tironeando" y generaba esa perturbación. Pero su presunción estaba equivocada.

¿Cómo se explica entonces esa diferencia? Entra entonces en escena el científico más famoso del siglo XX.

Capítulo 3

Varias décadas después, en 1916, Albert Einstein postula la teoría de la relatividad general (que perfeccionaba su teoría de la relatividad especial o restringida que difundiera en 1905).

La teoría de la relatividad general hizo caer formalmente el paradigma newtoniano de la gravedad, que no lograba explicar fenómenos como el detectado en el tránsito de Mercurio, explicó Méndez. Esta nueva teoría describía la fuerza de la gravedad en términos de la curvatura de un espacio-tiempo de cuatro dimensiones -en este caso, la masa del sol curvaba el espacio-tiempo-, a diferencia de Newton, que decía que los objetos se atraían mutuamente con una fuerza dependiente de la distancia entre ellos.

En realidad, las órbitas de los planetas predichas por la relatividad general son casi exactamente las mismas que las predichas por la teoría de la gravedad newtoniana, pero en el caso de Mercurio, al ser el planeta más cercano al sol, sufre los efectos gravitatorios más fuertes.

"Con el paradigma clásico newtoniano no se podía explicar lo que pasaba, pero sí con la gravedad relativista" explicó Méndez que aclaró que las matemáticas de la relatividad general de Einstein resolvían perfectamente bien esos 43 segundos misteriosos para Le Verrier.

Aquellas observaciones hechas en Montevideo fueron fundamentales para convalidar la teoría general de la relatividad, agregó el profesor. "En el artículo que publicó en 1916 sobre la relatividad general, el propio Einstein cita el artículo de Le Verrier como uno de los elementos que convalidaban su teoría", aclaró.

El mismo fenómeno que llevó a Einstein a postular la existencia de los agujeros negros "es el que explica esta anomalía en la órbita de Mercurio". "Como está muy cerca del sol, su espacio está deformado por el campo gravitatorio. En la Tierra también se sufre, pero como estamos bastante más lejos del sol no se necesita de la relatividad general para explicar el movimiento", contó.

En su libro Breve historia del tiempo, Stephen Hawking reconoce que este pequeño efecto en la órbita de Mercurio sirvió como una de las primeras convalidaciones de la teoría de Einstein, ya que la teoría de la relatividad general de Einstein predecía un movimiento de Mercurio ligeramente distinto del de la teoría de Newton. "El hecho que las predicciones de Einstein se ajustaran a las observaciones, mientras que las de Newton no lo hacían, fue una de las confirmaciones cruciales de la nueva teoría. Sin embargo, seguimos usando la teoría de Newton para todos los propósitos prácticos ya que las diferencias entre sus predicciones y las de la relatividad general son muy pequeñas en las situaciones que normalmente nos incumben", cuenta Hawking en su libro.

Mendez lo baja a tierra de una forma muy uruguaya y efectiva: "En síntesis, cuando vos te vas a comer una pamplona al Mercado del Puerto estás a 150 metros de uno de los lugares de la Tierra cuyas observaciones convalidaron la teoría de la relatividad general". Y si parece que la pamplona demora mucho, siempre puede aplicarse otra de las conclusiones de la teoría. No existe el tiempo absoluto, sino que depende de las condiciones cada observador.