La relatividad de Einstein influye (ligeramente) sobre el envejecimiento en la Tierra

24 de septiembre de 2010

Parece un episodio de The Twilight Zone, pero no lo es. Recientes estudios demuestran que una persona envejece ligeramente más deprisa cuando está subida en una escalera que cuando está sobre el suelo.

Este descubrimiento está ligado a los extraños efectos de curvatura del tiempo expresados en la teoría de la relatividad de Albert Einstein, que por primera vez se ha demostrado que afectan a los marcos espacio-temporales de la Tierra.

Más concretamente, la teoría especial de la relatividad sostiene que el tiempo no transcurre a una velocidad constante, sino que se ve afectado por la aceleración. Por ejemplo, un reloj que se alejara de un observador marcaría las horas más lentamente que si estuviera ubicado en un lugar fijo.

Esta teoría sirve de base a una famosa conjetura conocida como la paradoja de los gemelos, según la cual un gemelo que viajase en un cohete propulsado a gran velocidad sería, al regreso de su viaje, más joven que su hermano.

Asimismo, las ecuaciones de la relatividad contemplan que la gravedad ralentiza o dilata el tiempo.

"Cuanto más fuerte es la atracción gravitatoria que experimenta un cuerpo, más despacio transcurre el tiempo para él", resume uno de los autores del estudio, James Chin-Wen Chou, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología  (NIST).

Los relojes atómicos demuestran cómo la gravedad actúa sobre el tiempo

Los efectos ralentizadores que la gravedad y la aceleración ejercen sobre el tiempo han quedado demostrados mediante una serie de experimentos en los que se compara el funcionamiento de relojes en la superficie de la Tierra con medidores de tiempo situados en naves espaciales y satélites como los que utilizan los sistemas de posicionamiento global.

Pero este nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Science, pone de manifiesto que estos efectos pueden medirse también en la superficie de la Tierra.

La fuerza que la gravedad ejerce sobre un objeto aumenta a medida que se aproxima al centro de masa, por lo que un objeto situado en la superficie terrestre experimenta una atracción ligeramente mayor a la de uno que esté flotando en la atmósfera.

Utilizando dos relojes atómicos ultraprecisos, Chou y sus colegas demostraron que al elevar uno de ellos apenas 33 centímetros sobre la superficie en la que reposaba el otro, se creaba una diferencia de gravedad suficiente para hacer que el reloj en posición más alta avanzara un poco más rápido.

En un segundo experimento, el equipo de científicos midió los efectos de la relatividad sobre los átomos de aluminio que marcan el tiempo en los relojes.

El funcionamiento de los relojes atómicos se basa en el número de vibraciones que un átomo cargado de electricidad experimenta al pasar de un nivel de energía a otro. En el caso de los relojes empleados en los experimentos, un segundo equivale a más de un billón de vibraciones.

El equipo de científicos ajustó el átomo de aluminio, que normalmente permanece en órbita estacionaria, para hacerlo girar de atrás hacia delante con cada impulso vibratorio. ¿Y qué ocurrió? Pues que tal y como Einstein predijo, el reloj en el que el átomo de aluminio giraba se movía a una velocidad ligeramente inferior al otro reloj.

Pero no saquemos conclusiones precipitadas. Los científicos del NIST dejan bien claro en su estudio que estos efectos son mucho menores de los que los humanos podríamos percibir directamente: son cambios infinitesimales, de alrededor de 90 milmillonésimas de segundo en 79 años, que es la duración media de la vida en Occidente.

"No es el elixir de la eterna juventud", corrobora Daniel Kleppner, investigador del Instituto Tecnológico de Massachussets, que no participó en el estudio.

La asombrosa precisión de los relojes

Según Kleppner, estos descubrimientos no son tan novedosos, ya que no hacen sino confirmar las teorías de Einstein. 

"Lo más asombroso de todo esto es lo precisos que son los relojes".

Introduciendo algunas mejoras en relojes ultraprecisos como los utilizados en este nuevo estudio, algún día será posible medir las variaciones geográficas del campo gravitatorio de la Tierra (lo que se conoce como geodesia) con una precisión sin precedentes.

La geodesia es una ciencia fundamental para calcular la distribución de la masa terrestre, lo que ayuda a determinar, por ejemplo, la distribución del agua en el planeta y la forma en que ésta se mueve. 

"Imagínese tener varios relojes de este tipo repartidos por el mundo y poder comparar el tiempo con tanta precisión", apunta Kleppner. "Sería toda una revolución en el campo de la geodesia".