Poniendo a prueba la Teoría de la Relatividad General

Veritasium en español

18 Sept 202010:29

Summary

TLDREl 21 de agosto de 2014, la Agencia Espacial Europea lanzó los satélites Galileo 5 y 6, destinados a formar parte del sistema de navegación europeo. Un fallo técnico los envió a órbitas elípticas en lugar de circulares, lo que resultó ser una oportunidad inesperada para probar la relatividad general de Einstein. Al medir la dilatación temporal gravitacional, los científicos confirmaron la teoría con una precisión sin precedentes. A pesar de la confirmación, la búsqueda de nuevas leyes físicas continúa, ya que la relatividad podría no ser la teoría completa del universo, especialmente en el contexto de la energía y materia oscura.

Takeaways

😀 El 21 de agosto de 2014, la Agencia Espacial Europea lanzó los satélites Galileo 5 y 6, que iban a formar parte del sistema europeo de navegación por satélite.
😀 El lanzamiento de los satélites fue exitoso, pero hubo un problema en la etapa final del cohete Soyuz, lo que desvió los satélites hacia órbitas elípticas inestables.
😀 Los satélites no pudieron ser colocados en una órbita circular estable debido a una falla en el sistema de propulsión, lo que los dejó en una órbita elíptica de gran altitud.
😀 A pesar del problema, los científicos aprovecharon el evento para realizar una prueba de relatividad general utilizando los satélites.
😀 La relatividad general predice que los relojes en satélites en órbitas más altas deberían moverse más rápido en comparación con los de la Tierra debido a la diferencia en los campos gravitacionales.
😀 Los satélites proporcionaron la oportunidad de medir con precisión el desplazamiento gravitacional al rojo, un efecto predicho por la relatividad general.
😀 Debido a las órbitas elípticas de los satélites, los científicos pudieron medir los efectos de la gravedad más intensamente, ya que los satélites alternan entre un campo gravitacional más bajo y uno más alto.
😀 El estudio de los relojes atómicos a bordo de los satélites permitió confirmar la relatividad general, eliminando errores sistemáticos y mejorando la precisión de las mediciones.
😀 En 1976, la sonda Gravity Probe B ya había medido el desplazamiento gravitacional al rojo, pero los resultados actuales mejoraron la precisión de esas mediciones.
😀 Aunque los resultados confirmaron la relatividad general, los científicos siguen buscando posibles desviaciones, ya que creen que existen aspectos no comprendidos de la gravedad y la física que podrían ser revelados con más pruebas.
😀 Se planean más experimentos con relojes atómicos de cesio en la Estación Espacial Internacional para continuar con las pruebas de la relatividad general y mejorar la precisión en las mediciones.

Q & A

¿Qué ocurrió durante el lanzamiento de los satélites Galileo 5 y 6?
-Durante el lanzamiento de los satélites Galileo 5 y 6 el 21 de agosto de 2014, se produjo un mal funcionamiento en la etapa final del cohete Soyuz. Una brecha térmica entre una línea de helio frío y una línea de combustible propulsor causó que los propulsores de control de altitud se congelaran, enviando los satélites a órbitas elípticas incorrectas.
¿Cómo afectó este mal funcionamiento a los satélites Galileo?
-El mal funcionamiento desvió los satélites hacia órbitas elípticas, lo que les impidió realizar correctamente su función de navegación. Además, la exposición a los cinturones de radiación de Van Allen y la incapacidad de los sensores de orientación de funcionar correctamente representaron un gran desafío.
¿Por qué la órbita elíptica de los satélites resultó ser útil para la prueba de la relatividad general?
-La órbita elíptica permitió que los satélites pasaran de un campo gravitacional más débil a uno más fuerte repetidamente. Esto creó las condiciones ideales para medir el efecto de desplazamiento gravitacional al rojo en los relojes a bordo, una predicción de la relatividad general.
¿Qué es el desplazamiento gravitacional al rojo y cómo se observó en los satélites?
-El desplazamiento gravitacional al rojo ocurre cuando la frecuencia de la radiación de un reloj atómico en un campo gravitacional más fuerte (cerca de la Tierra) disminuye en comparación con un reloj en un campo más débil. En los satélites Galileo, se observó que los relojes a bordo giraban más rápido en su punto más alto de órbita y más lento cerca de la Tierra, lo que permitió medir este efecto con gran precisión.
¿Cómo se midió la diferencia en el tiempo entre los relojes en los satélites y en la Tierra?
-Se comparó la velocidad de los relojes atómicos en los satélites con los de la Tierra mediante la observación de la modulación en las frecuencias de los relojes, lo que permitió medir las diferencias en el tiempo causado por los efectos gravitacionales en las órbitas elípticas.
¿Qué tipo de relojes atómicos se utilizaron en los satélites Galileo?
-Los satélites Galileo usaron relojes atómicos de hidrógeno pasivos, conocidos como meiseres. Estos relojes son extremadamente precisos y estables, capaces de medir el tiempo con una precisión que puede mantenerse estable durante millones de años.
¿Cómo afectaron los fotones del sol a las mediciones de los satélites?
-Los fotones del sol impactaron en las mediciones debido a su momentum, lo que introdujo errores en la precisión de las órbitas de los satélites. Este factor fue una de las principales fuentes de incertidumbre en las mediciones, aunque se mitigó mediante un modelado cuidadoso.
¿Qué fue lo que permitió reducir la incertidumbre en las mediciones de los satélites?
-El uso de datos recogidos durante más de 1000 días, casi tres años, permitió reducir la incertidumbre en las mediciones. Este largo periodo de observación superó los apenas dos horas que duró la misión Gravity Probe, mejorando así la precisión de los resultados.
¿Cuál fue el principal objetivo de la investigación con los satélites Galileo después de su mal funcionamiento?
-El principal objetivo fue probar el desplazamiento gravitacional al rojo, una predicción de la relatividad general, con la mayor precisión posible. Aunque los satélites no pudieron realizar su función original de navegación, contribuyeron a la ciencia al ofrecer una plataforma única para probar la teoría de la relatividad.
¿Por qué los científicos siguen buscando posibles desviaciones en la relatividad general?
-A pesar de la confirmación de la relatividad general, los científicos continúan buscando posibles desviaciones porque existen teorías que sugieren que la relatividad general podría no ser la explicación completa de la gravedad. Las pruebas cada vez más precisas podrían revelar nuevos aspectos de la naturaleza, especialmente en relación con la energía y la materia oscura, que constituyen la mayor parte del universo.