Historias de la Ciencia

No debemos confundir masa con peso. Un elefante pesaría menos en la Luna que en la Tierra y sin embargo tiene la misma masa en ambos lugares.
 
No todas las masas son lo mismo de forma conceptual. Una cosa es que un objeto atraiga a otro por el hecho de tener masa. Dos masas ejercen entre sí una fuerza de atracción. Es la ley de la Gravitación Universal de Newton. Otra cosa diferente es la dificultad que tenemos para modificar la velocidad de un objeto. También depende de la masa y no depende nada de la gravedad. Nos costará más acelerar una nave espacial que una pelota de tenis y ello es debido a la masa y no a la gravedad. Nos costaría igual acelerarlo en la Tierra, la Luna o en medio del espacio. Por tanto, hablamos de una masa que nada tiene que ver con la gravedad y peso, sino con la inercia. Al primer concepto de masa se le llama «masa gravitatoria» y al segundo «masa inerte». En resumidas cuentas, es la diferencia entre gravedad e inercia.
 
Pues bien, esas dos masas coinciden (asombrosamente). Cuando en la Naturaleza dos cosas que, a priori, no tienen nada que ver una con la otra son idénticas, ¿no os parece que hay algo más detrás?. Si es así pensáis igual que Einstein. Afirmó que eso no podía ser una coincidencia e imaginó un experimento mental (cómo no), en el que mostraba que ambas deben ser iguales.
 
Einstein imaginó que nos encerraban en un ascensor. Como estamos en la Tierra, no pasa nada. Ahora nos ponen en medio del espacio encerrados en el mismo ascensor, el comportamiento de la materia será totalmente diferente. Como cuando los astronautas están en ausencia de fuerzas (y no ingravidez como dicen por la tele; la Tierra está ahí al lado, ¿no?, pues gravedad hay). Tomemos nuestro hombre que flota dentro del ascensor, pongamos unos reactores justo debajo del mismo y hagamos que suba exactamente con la misma aceleración que tiene la gravedad en la Tierra. Si soltamos un objeto, no es que caiga, sino que será el ascensor quien se acerca a él. Tendremos la sensación que nos empujan desde los pies hacia arriba, exactamente como si estuviéramos en la Tierra. En resumen, no podríamos afirmar si estamos sobre la Tierra encerrados en el ascensor o en medio del espacio pero siendo acelerados.
 
Esto es el Principio de Equivalencia de Einstein. No podemos diferenciar un experimento hecho en la Tierra con gravedad o dentro de ese hipotético ascensor-laboratorio con aceleración constante. Pero esperad, que ahora viene lo bueno.
 
Imaginad que encendemos una linterna en horizontal cruzando el ascensor de lado a lado. Si el ascensor estuviera parado (o a velocidad constante), el rayo iría de forma horizontal hasta el final, pero si el ascensor está acelerando, tocará la pared no justo en línea recta donde va el rayo de luz, sino un poco más abajo. Desde nuestro punto de vista, nos dará la sensación que el rayo de luz también cae, como el resto de las cosas; pero en realidad no es que caiga, como el resto de las cosas: es que el ascensor acelera.
 
La imagen en mitad del espacio (como los astronautas en órbita) vendría tener el siguiente aspecto:

La imagen en la nave-ascensor acelerada tendría el aspecto siguiente (igual que en la Tierra):
Pero, ¡un momento!, ¿no habíamos dicho que no podíamos diferenciar un experimento con gravedad de otro a aceleración constante? Entonces, si la luz se curva en el ascensor, también debería curvarse al pasar cerca de un campo gravitatorio. El problema es que como va tan rápida, la aceleración del ascensor debería ser muy alta o lo que es lo mismo, el campo gravitatorio muy elevado. El de la Tierra es pequeño, pero ¿el del Sol?. Einstein calculó lo que se desviaría un rayo de luz pasando cerca del Sol: 1,75 segundos de arco (5 diezmilésimas de grado).
 
¿Cómo medir la curvatura de un rayo de luz cerca del Sol? Un físico británico, Sir Arthur Eddington tuvo la genial idea de que podía medirse la desviación de la luz durante un eclipse. Las estrellas que estaban justo detrás del Sol las veríamos porque la luz se curvaría alrededor de éste y las cercanas las veríamos en posiciones ligeramente diferentes.

El eclipse de Sol más famoso de la historia de la ciencia sucedió el 29 de mayo de 1919. Ese día Sir Arthur Eddington se encontraba en la isla Príncipe, en el Atlántico, tomando fotografías de las estrellas que aparecerían cerca del Sol al caer la noche, confirmando la hipótesis de Einstein.
 
Se dice que volvió excitado comunicándole los resultados.
– Oye, que tenías razón, que la luz se curva – dijo Eddington.
– Lo sé – replicó Einstein – la teoría es correcta.
– ¿Qué hubiera pasado si los experimentos hubiesen dado resultados negativos? – replicó Eddington.
Y Einstein, con total indiferencia, le contestó:
– Pues lo hubiera sentido por el buen Dios. La teoría es correcta.
 
Fuentes:
«El panorama inesperado», James S. Trefil