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La fuerza de las mareas son ondas gravitacionales, según las matemáticas

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Para ello, deben variar en el tiempo de una manera especial dictada por la teoría de la relatividad general. Y este experimento demuestra que lo hacen, aunque en una escala mucho menor que las ondas generadas por las colisiones de agujeros negros. La idea es algo técnica, pero resulta muy interesante

  • por Emerging Technology From The Arxiv | traducido por Ana Milutinovic
  • 30 Diciembre, 2019

En febrero de 2016, un equipo internacional de físicos anunció la primera observación directa de ondas gravitacionales. Dichas ondas surgieron de la colisión gigantesca de un par de agujeros negros, cada uno de aproximadamente 30 veces la masa del Sol, un choque tan catastrófico que envió ondulaciones a través del tejido del espacio-tiempo.

El descubrimiento fue un triunfo para la comunidad física. Los investigadores sabían desde hacía tiempo sabiendo que la teoría de la relatividad general de Einstein sugería que las ondulaciones en el espacio-tiempo eran posibles. Estas ondas contraen y estiran el espacio en distancias más pequeñas que el ancho de un protón. Para detectarlas, los físicos construyeron una red de detectores enormemente sensibles que cuestan más de mil millones de euros. Así que, el descubrimiento de las primeras ondas en 2016 fue tanto un alivio como un importante éxito.

Ahora dos físicos: Rituparno Goswami, de la Universidad de KwaZulu-Natal, y George Ellis, de la Universidad de Ciudad del Cabo (ambas en Sudáfrica), afirman que las ondas gravitacionales se han estado ocultando a plena vista todo el tiempo. Han usado una cierta magia matemática para demostrar que las fuerzas de mareas son ondas gravitacionales. Se trata de las mismas fuerzas que hacen que el nivel del mar suba y baje a medida que la Luna se mueve alrededor de la Tierra. "Las fuerzas de mareas son en realidad una forma oculta de ondas gravitacionales", aseguran.

Primero algunos antecedentes. La teoría de la gravedad de Newton se basa en la idea de que todas las masas generan una fuerza gravitacional que atrae y que explica una gran variedad de fenómenos: la trayectoria de una manzana que cae, el movimiento de los planetas alrededor del Sol, etcétera.

La teoría de Newton también explica las mareas que son el resultado de cómo las fuerzas gravitacionales varían con la distancia: el lado de la Tierra orientado hacia la Luna experimenta un tirón gravitacional ligeramente más fuerte que el otro lado. El resultado es un tipo de estiramiento que empuja los océanos de un lado a otro a medida que gira la Tierra.

Goswami y Ellis señalan que la teoría de Newton no tiene en cuenta otra ley importante física: que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, ni siquiera las fuerzas gravitacionales. Por lo tanto, las fuerzas gravitacionales de la Luna tardan en llegar a la Tierra. "Ninguna influencia puede viajar más rápido que la velocidad de la luz: la influencia de las mareas no puede ser instantánea", explican los físicos.

Einstein fue el primero en formular este límite de velocidad cósmica en su teoría de la relatividad especial y luego lo incorporó a su teoría de la relatividad general, que describe la gravedad como un tipo de distorsión en el tejido del espacio-tiempo. Esto llevó inmediatamente a la idea de que este tejido podría soportar ondulaciones parecidas a las ondas.

Goswami y Ellis creen que las fuerzas de mareas son una forma de radiación gravitacional. Pero para ser ondas, deben variar en el tiempo de una manera especial dictada por la teoría de la relatividad general. Estos dos físicos demuestran matemáticamente que las fuerzas de mareas tienen exactamente estas propiedades, aunque en una escala mucho menor que las ondas generadas por las colisiones de agujeros negros. El resultado es algo técnico, pero aun así resulta muy interesante.

Básicamente, Goswami y Ellis afirman que las fuerzas de mareas son ondas gravitacionales de baja frecuencia. Esta teoría crea algunas predicciones que difieren con la idea de la gravedad de Newton. Por ejemplo, Goswami y Ellis señalan que las fuerzas de mareas deberían tardar 1,3 segundos en viajar desde la Luna hasta la Tierra. "Y si el océano tuviera la misma profundidad en todas partes y no hubiera continentes, las mareas retrasarían la posición de la Luna en el cielo por 0,66 segundos de arco", concluyen. Eso es aproximadamente el ancho de un céntimo visto desde dos kilómetros de distancia.

Tal efecto podría ser medible, aunque Goswami y Ellis no extienden su análisis para sugerir cómo. Pero sí significa que los efectos de las ondas gravitacionales son mucho más fáciles de detectar de lo que nadie se imaginaba. ¿A alguien le apetece pasar un día en la playa?

Ref: arxiv.org/abs/1912.00591Tidal Forces are Gravitational Waves

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