Cómo la Luna nos ayuda a confirmar la relatividad de Einstein

A menudo es posible utilizar los datos recopilados con un propósito para estudiar otro. Por ejemplo, un artículo reciente Utilizó medio siglo de observaciones de la órbita de la Luna para realizar pruebas cuidadosas y precisas de la naturaleza de la gravedad, así como de algunas de las suposiciones fundamentales que contribuyeron a la teoría de la relatividad general de Einstein.

Un bloque, tres puestos

Se puede considerar la masa como la cantidad de «materia» de la que está hecho un objeto. Esto provoca la fuerza de gravedad entre dos objetos, lo que dificulta su movimiento. Básicamente, cumple tres funciones diferentes. Primero, la masa genera un campo gravitacional que afectará con fuerza a otros objetos, por lo que podemos llamarlo «masa gravitacional activa». En segundo lugar, la masa puede sentir los efectos gravitacionales de los objetos que la rodean, y podemos llamar a esto «masa gravitacional negativa». En tercer lugar, la masa resiste los cambios de movimiento (por lo que es difícil empujar una roca grande), por lo que podemos llamar a esto «masa inercial».

En las clases de introducción a la física, e incluso en la teoría más avanzada de Einstein, se cree que los tres «tipos» de masa son la misma cosa. Pero no hay ninguna razón fundamental por la que esto deba suceder. Cada uno puede ser diferente. Dado que la idea de su similitud es un supuesto fundamental de la teoría de la gravedad de Einstein, es necesario probar esta conjetura.

Esto es lo que hicieron los investigadores. El 21 de julio de 1969, los astronautas del Apolo 11 colocaron un reflector láser en la superficie lunar, seguido de reflectores adicionales en misiones lunares posteriores. Desde entonces, los investigadores han podido controlar la distancia entre la Tierra y la Luna. Esta es una medida increíblemente precisa, con una precisión de un milímetro, similar a medir la distancia entre Nueva York y Los Ángeles con una precisión equivalente al ancho de un cabello humano. Un resultado fue que los científicos determinaron que la Luna se aleja de la Tierra a un ritmo de 3,8 cm (1,5 pulgadas) por año.

Masa gravitacional activa versus masa gravitacional pasiva

El artículo más reciente investigó si la masa activa y la masa pasiva son iguales. Para ello, los investigadores aprovecharon la ventaja geológica de la luna. Las misiones Apolo determinaron que las marías (las grandes manchas oscuras de la cara de la Luna) eran ricas en hierro, mientras que las tierras altas lunares eran ricas en aluminio. Debido a que María se formó a partir de lava procedente del interior de la Luna, los investigadores asumieron que el manto lunar era rico en hierro. Las tierras altas, al ser la parte exterior de la Luna, deberían reflejar la composición química de la corteza lunar rica en aluminio.

En el caso de que las masas gravitacionales activa y pasiva sean las mismas, la fuerza gravitacional del hierro sobre el aluminio debería ser la misma que la del aluminio sobre el hierro. Sin embargo, si la masa de la gravedad activa y pasiva es diferente, debe haber una fuerza neta. Esta fuerza neta será similar al movimiento de marea en la Tierra y acelerará o desacelerará la órbita de la Luna.

Utilizando más de medio siglo de mediciones de la posición de la Luna (desde abril de 1970 hasta abril de 2022), los astrónomos pudieron determinar que la órbita de la Luna se estaba desacelerando tan solo 25,8 segundos de arco por siglo. A este ritmo, la Luna tardaría más de 14.000 años en retroceder un grado desde donde estaría si continuara viajando a la velocidad a la que se mueve hoy.

A partir de esta cuidadosa medición, los investigadores concluyeron que las formas activa y pasiva de masa eran esencialmente idénticas. Si fueran diferentes, la diferencia sería menos de una parte en 26 billones.

La confirmación de Einstein

Esta medición es crucial para confirmar la validez de uno de los supuestos de la teoría de la gravedad de Einstein. De lo contrario, habría puesto en duda muchos aspectos de la astronomía moderna, incluida la materia y la energía oscuras. Sin embargo, esta última medición confirma la validez de nuestro marco teórico actual. Una vez más, parece que Einstein tenía razón.