Recreación de las ondas gravitacionales de dos agujeros negros en órbita. Foto: K. Thorne (Caltech) y T. Carnahan (NASA)

En este extracto del libro Albert Einstein, su vida, su obra y su mundo (editado por Crítica y Fundación BBVA), el académico y catedrático de Historia de la Ciencia José Manuel Sánchez Ron analiza la importancia de uno de los últimos postulados del físico que quedan por demostrar.

Antes de continuar con las consecuencias de la fama de Einstein y para no violentar demasiado la secuencia temporal, debo referirme a uno de los apartados de la relatividad general del que se ocupó pronto Einstein: el de la existencia o no de radiación gravitacional, esto es, la cuestión de si existen ondas gravitacionales análogas a las ondas electromagnéticas y qué efecto tienen éstas en sistemas físicos. Habida cuenta de la importancia de las ondas electromagnéticas -y de la, íntimamente asociada a ellas, radiación electromagnética-, era difícil que Einstein no dirigiera su atención a su correlato gravitacional después de haber completado la teoría de la relatividad general. Y, efectivamente, no tardó mucho en hacerlo, basándose en la aproximación lineal de las ecuaciones del campo gravitacional: primero, de forma muy sucinta, en 1916, y luego, con mayor detalle y extensión y corrigiendo algunos errores del primero, en 1918. "Consideremos -escribía en ese segundo artículo (Sobre las ondas gravitacionales)- un sistema mecánico aislado, cuyo centro de gravedad coincida permanentemente con el origen de coordenadas. Los cambios en este sistema tendrán lugar tan lentamente y su extensión espacial será tan pequeña que el tiempo de luz (Lichtzeit) correspondiente a la distancia entre dos puntos materiales de él puede ser considerada infinitamente pequeña.

Buscamos las ondas gravitacionales del sistema emitidas en la dirección del eje positivo de las x del sistema." A pesar de que su desarrollo contenía bastantes limitaciones, su conclusión es que sí existía radiación gravitacional. Y ahí lo dejó entonces, hasta 1936, cuando ya asentado en Estados Unidos, preparó con Nathan Rosen un manuscrito que titularon ¿Existen ondas gravitacionales?, en el que en lugar de partir de soluciones aproximadas, buscaban una solución exacta de las ecuaciones del campo que representasen ondas gravitacionales, pero, entonces, la conclusión a la que llegaron es que no existían. La razón en la que se apoyaban es que encontraron una singularidad (un punto del espacio en el que las magnitudes que se deben calcular se hacen infinitas) en su solución y que no lograban eliminar, lo que los llevaba a pensar que demostraba que no existía ninguna solución que representase ondas gravitacionales. En una carta no fechada pero sin duda escrita entonces, Einstein escribía a Max Born en este sentido: "Con un joven colaborador, he llegado al interesante resultado de que las ondas gravitacionales no existen, aunque las había supuesto en la primera aproximación. Esto demuestra que las ecuaciones no lineales del campo de la relatividad general pueden decir más o, más bien, limitarnos más de lo que hemos creído hasta ahora".

Enviaron el manuscrito para su publicación a la revista Physical Review; el editor, John T. Tate, sospechó que había algún fallo en el artículo y lo envió a un experto, Howard Percy Robertson, para que juzgase. Éste contestó señalando que sospechaba que la singularidad en cuestión era efecto del sistema de coordenadas que Einstein y Rosen habían elegido y que seguramente desaparecería con otras coordenadas. Cuando Tate envió estos comentarios a Einstein (sin mencionar a Robertson) que, acostumbrado a que sus artículos se publicasen sin más, orgulloso, reaccionó de manera violenta quejándose de que se hubiese mostrado su artículo a otra persona sin su autorización. Retiró entonces el artículo y lo envió a otra revista, al Journal of the Franklin Institute (Einstein nunca volvió a publicar en Physical Review). Allí fue aceptado sin cuestionar nada, pero mientras se preparaban las pruebas de imprenta, la situación cambió. Robertson, que cuando comentó el manuscrito de Einstein y Rosen estaba de año sabático, regresó a Princeton y allí habló con Leopold Infeld, que era ayudante de Einstein en el Institute for Advanced Study, convenciéndole de que el trabajo de Einstein y Rosen sobre ondas gravitacionales contenía graves errores.

Infeld, a su vez, habló con Einstein y éste terminó modificando el artículo en pruebas (Rosen ya había abandonado Princeton por aquel entonces): "La segunda parte de este artículo -añadió al final- ha sido alterada considerablemente por mí después de la partida del señor Rosen hacia Rusia, puesto que originalmente habíamos interpretado erróneamente los resultados de nuestras fórmulas. Quiero agradecer a mi colega de Princeton, profesor Robertson, por su amable ayuda en la clarificación del error original". Aunque en la nueva versión, publicada bajo el título de Sobre las ondas gravitacionales (Einstein y Rosen, 1937), ya no se rechazaba la posibilidad de ondas gravitacionales, en más de un pasaje las manifestaciones no eran en absoluto claras, un defecto que afectaba a todo el artículo. "Einstein cambió tantas veces de opinión sobre las ondas gravitacionales -ha señalado, el principal estudioso de este apartado de la obra de Einstein- que es difícil estar seguro de cuál fue su posición final."

Una primera indicación de que sí existe radiación gravitacional procedió del descubrimiento, en 1974, del primer sistema formado por dos púlsares interaccionando entre sí (denominado PSR1913+16), descubrimiento por el que Russell Hulse y Joseph Taylor (1975) recibieron en 1993 el Premio Nobel de Física. En 1978, después de varios años de observaciones continuadas de ese sistema binario, pudo concluirse que las órbitas de los púlsares varían acercándose entre sí, un resultado que se interpreta en el sentido de que el sistema pierde energía debido a la emisión de ondas gravitacionales (Taylor, Fowler y McCulloch, 1979). Desde entonces han sido descubiertos otros púlsares en sistemas binarios, pero aún está pendiente de detectar de manera directa la radiación gravitacional, esto es, identificando su paso por instrumentos construidos e instalados en la Tierra, una empresa extremadamente difícil dada lo minúsculo de los efectos implicados: se espera que las ondas gravitacionales que lleguen a la Tierra (originadas en algún rincón del Universo en el que tenga lugar un suceso extremadamente violento) produzcan distorsiones en los detectores de no más de una parte en 1021, esto es, una pequeña fracción del tamaño de un átomo.

Existen ya operativos diseñados para lograrlo, como el sistema de cuatro kilómetros de detectores estadounidenses denominado LIGO, por sus siglas inglesas, Laser Interferometric Gravitational wave Observatories, establecido en 1992 por Kip Thorne y Ronald Drever, del California Institute of Technology, y Rainer Weiss, del Massachusetts Institute of Technology.