Test Experimentales Del Redshift Gravitacional
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La primera expresión aproximada del efecto de dilatación temporal gravitacional y su correspondiente consecuencia, el redshift gravitacional, fue derivada en 1907 por Einstein a partir del principio de equivalencia:
A. Einstein, Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogene Folgerungen, Jahrbuch der Radioaktivitaet und Elektronik 4 (1907) 411-492.
- En la ecuación (30a) de la página 457 de este paper se puede ver la expresión para la dilatación temporal gravitacional.
Un segundo análisis fue publicado por Einstein en 1911 en el artículo:
- A. Einstein, Über den Einfluss der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichtes , Annalen der Physik 35 (1911) 898-908.
- El título de este paper se traduciría como “Sobre la influencia de la gravedad en la propagación de la luz”. Aquí Einstein analiza la predicción del corrimiento gravitacional de frecuencias de emisiones atómicas (ver ecs. (2a) y posteriores) y estima que en el caso de las líneas de emisión provenientes del Sol este efecto provocaría una variación relativa de la frecuencia del orden de una millonésima (ver páginas 904-905). En este paper Einstein también presenta un primer cálculo para el ángulo de desvío de la luz en un campo gravitacional, todo esto basado en el principio de equivalencia. (ver página 908). El valor calculado de esta forma resulta ser la mitad del ángulo que la teoría de Relatividad General completa predice!
Las primeras verificaciones experimentales del corrimiento de frecuencias gravitacional fueron realizadas por Pound, Rebka y Snider en la década del 60, usando el efecto Mössbauer.
- R.V. Pound and G.A. Rebka, Apparent weight of photons, Phys. Rev. Lett. 4 (1960) 337-341.
- R.V. Pound and J.L. Snider, Effect of Gravity on nuclear resonance, Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 539-540.
- R.V. Pound and J.L. Snider, Effect of Gravity on Gamma radiation, Phys. Rev. 140 (1965) B778.
Posteriormente, en la década del 70 se logró verificar el efecto en la luz proveniente del Sol:
- J.L. Snider, New measurement of the solar gravitational redshift, Phys. Rev. Lett. 28 (1972) 853.
Un artículo que revisa la historia de estos experimentos (relatado por uno de sus protagonistas directos) está disponible aquí:
- R.V. Pound, Weighing photons, Class. Quantum Grav. 17 2000) 2303-2311.
El artículo en español La torre donde la luz gravita relata el experimento de Pound y Rebka.
El efecto de dilatación temporal (de-sincronización de relojes a distintas alturas) fue verificado en 1972 por Hafele y Keating usando relojes atómicos volando en aviones alrededor de la Tierra:
- J.C. Hafele and R.E. Keating, Around-the-World Atomic Clocks: Predicted Relativistic Time Gains, Science 177 (1972) 166-168.
- J.C. Hafele and R.E. Keating, Around-the-World Atomic Clocks: Observed Relativistic Time Gains, Science 177 (1972) 168-170.
Hafele, Keating, una auxiliar de vuelo, y dos relojes atómicos. Ver artículo en wikipedia.
El actual “record” de la medición del efecto de redshift gravitacional producto de la diferencia de altura más pequeña ha sido reportado por C. W. Chou et al., quienes han logrado verificar la predicció con diferencias de altura de $h \approx 33$ cm !, gracias al uso de relojes ópticos ($z\sim 10^{−17}$):
- C. W. Chou, D. B. Hume, T. Rosenband and D. J. Wineland, Optical Clocks and Relativity, Science 329 (2010) 1630.