Lentes Gravitacionales

Una de las consecuencias de la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein es que los rayos de luz son deflectados por la gravedad.
La idea de que la gravedad podría doblar los aces de luz no se originó con Einstein. Había sido sugerida antes por Isaac Newton. Él argumentó que los mismos rayos de luz deberían sentir la fuerza de gravedad de acuerdo con una ley inversa cuadrática. Por loque sabemos, sin embargo, él nunca pretendió aplicar esta idea a nada que pudiera ser observado. El argumento de Newton fue retomado en 1801 por Johann Georg von Solner. Su trabajo fue motivado por el deseo de conocer si el doblamiento de los rayos de luz podrían requerir ciertas observaciones astronómicas a ajustar.
Soldner calculó la magnitud de la deflección debida al Sol usando la teoríacorpuscular de la luz de Newton, en la cual los rayos de luz consisten en una corriente de partículas diminutas. Es claro que si la luz se comporta de esta manera, entonces la masa de cada partícula debe ser muy pequeña. Soldner fue capaz de usar la teoría de gravitación Newtoniana para resolver un ejemplo de problema de dispersión balistica.
Una partícula pequeña moviendose cerca a un objetogravitante siente una fuerza de éste que esta dirigida hacia el centro del gran objeto. Sí la partícula se mueve rápido, el encuentro no durará mucho tiempo, y la masa de la partícula es menor que la masa del objeto dispersor, lo que pasa es que la partícula recibe un impulso lateral el cual ligeramente altera la dirección de su movimiento. La magnitud del impulso, y el ángulo de dispersiónrespectivo, son bastante fáciles de calcular ya que la situación nos permite ignorar el movimiento del objeto dispersor. Cuando la deflección es pequeña, el ángulo de deflección predicho por argumentos Newtonianos, teta N, resulta ser
tan teta N/2 = GM/rv2...................1
donde r es la distancia más cercana entre el objeto dispersor y la partícula dispersada o el parámetro de impacto y si tenemos queteta N es muy pequeño y que la partícula es un fotón
tan teta N/2 -------> teta N/2
tetaN aprox. 2GM/rc2...................2
Desafortunadamente, este razonamiento tiene numerosos problemas. El más importante de ellos es la pequeña masa que la luz de hecho no posee en absoluto. Por tanto la teoría de Newton no puede ser aplicada a partículas que carecen de masa: éstas no sienten una fuerza degravedad (puesto que esta depende de la masa) y no tienen inercia.
Inconciente de los calculos de Soldner, en 1907 Einstein comenzó a pensar sobre la posible curvatura de la luz. Se dió cuenta que el principio de equivalencia requería que la luz se curvara por cuerpos gravitantes. Pero asumió que el efecto era muy pequeño como para ser observado en la práctica, entonces se olvido por unmomento de los calculos. En 1911, aún antes de que la teoría general estuviera lista, él regreso al problema. Lo que hizo en sus calculos fue esencialmente repetir los argumentos basados en la teoría Newtoniana, pero incorporando la ecuación E=mc2 y asumiendo una geometría Euclidiana la cual no estaba afectada por la gravedad. Aunque los fotónes no tienen masa, estos ciertamente tiene energía, y lateoría de Einstein dice que incluso la energía pura debe comportarse de algún modo como masa. Usando este argumento, y estimulado por el entendimiento de que esa deflección de la luz en la que estaba pensando podría después de todo ser medida, él calculó la curvatura de la luz de estrellas de fondo debido al Sol.
Para luz que apenas roza la superficie solar, es decir con un r igual al radio del Sol,Rsol, y donde M es la masa del Sol Msol, la ecuación 2 da como resultado una deflección de 0.87 segundos de arco; como referencia, el águlo en el cielo ocupado por el Sol es alrededor de medio grado. Esta respuesta es precisamente la misma que el valor Newtoniano obtenido por Soldner. La deflección predicha es diminuta, pero según los astrónomos consultados por Einstein, podría ser apenas...