Willem de Sitter estudió matemáticas y astronomía en Groningen. Paralelamente, entre los años 1897 y 1899, trabajo en el observatorio Cape Observatory en Sudáfrica. Tras doctorarse en 1908, fue nombrado profesor de astronomía de la Universidad de Leyden. A partir de 1919 fue director del observatorio de dicha universidad. De Sitter fue uno de los científicos de la época que contribuyó a popularizar la teoría de la relatividad, participando también activamente en la organización de la expedición de 1919, destinada a verificar experimentalmente una de la predicciones de dicha teoría durante el eclipse que tuvo lugar en este año.
Cuando Albert Einstein publicó su teoría de la relatividad especial en 1905, pocos astrónomos se interesaron en realizar estudios sobre los posibles efectos que tendría esa teoría sobre la observación. En 1911, de Sitter publicó una teoría simple en la cual asumía la aplicación de la teoría de la relatividad especial de Einstein a los cuerpos astronómicos. En su trabajo, de Sitter concluyó que las estimaciones observacionales realizadas hasta la fecha bajo la teoría newtoniana quedaban obsoletas en función de la relatividad einstiana.
En de 1913, de Sitter propugnó la observacionalmente comprobada idea de que la velocidad de la luz es independiente a la velocidad de la fuente. Hasta aquel entonces, la teoría sobre la emisión de luz señalaba que la velocidad de ésta dependía de la velocidad de movimiento de la fuente.
Después de que Einstein publicara su teoría de la relatividad general en 1915, de Sitter inició con Paul Ehrenfest una fluida correspondencia sobre esa proposición teórica. En varias de sus misivas le señaló a Ehrenfest que para él bajo el contexto de la teoría de la relatividad general un modelo cosmológico con un espacio de cuatro dimensiones era absolutamente viable. Entre los años 1916 y 1917, de Sitter publicó una serie de artículos relacionados con un universo tetradimensional y con las consecuencias astronómicas producidas por la relatividad general.
Cuando Einstein se dedicó a desarrollar las soluciones a las ecuaciones de campo que describirían el universo real, empezó a recorrer lo que describió como una «carretera más bien irregular y serpenteante». Por lo que cualquiera podía decir de las observaciones, el cosmos era una entidad estática: Sus partes móviles ni se alejaban unas de otras ni chocaban entre sí, y su tamaño no cambiaba de forma discernible con el tiempo. Sin embargo, ninguna solución a las ecuaciones de campo producía un modelo estático del universo. En vez de ello, todos los cálculos de Einstein indicaban que el universo tenía que estar o expandiéndose o contrayéndose.
En una actitud muy poco característica de él, Einstein no prosiguió las implicaciones de su descubrimiento. Tan convencido estaba de la naturaleza estática del cosmos que prefirió modificar las ecuaciones, añadiéndoles un término que se correspondía con una fuerza repulsiva cósmica que actuaba contra la gravedad. El término extra, al que llamó la constante cosmológica, parecía hacer más manejable el problema de describir el universo. Puesto que la constante estaba directamente relacionada con el tamaño y la masa del universo, Einstein pensó que tal vez incluso fuera posible determinar esos valores de las observaciones astronómicas..., aunque nunca emprendió él mismo la tarea de calcularlas.
Einstein parecía haber desarrollado una descripción matemática del cosmos completa y al parecer única. Sin embargo, Willem de Sitter, que había presentado la teoría de Einstein a Eddington, demostró que era posible otra solución a las ecuaciones de campo. El modelo de De Sitter, que también incorporaba una constante cosmológica, era una descripción matemática de un universo completamente vacío, Un cosmos desprovisto de materia podía parecer absurdo a primera vista, pero en realidad es una aproximación bastante acertada de la realidad. El espacio, después de todo, está en su mayor parte vacío.
Esas soluciones a las ecuaciones de campo de Einstein no dejaban de ser significativas, puesto que Mach había señalado en su principio que la referencia de los marcos de inercia local eran determinados por la distribución a gran escala de la masa del universo. En base a ello, de Sitter se preguntó y respondió:
Si no existe materia con excepción de la prueba del cuerpo, hay inercia.
El modelo de De Sitter se convirtió en la base teórica para la creación del universo estacionario (Steady State). De Sitter, no solamente se ciñó a la problemática de las ecuaciones de campo de Einstein, sino que también desarrolló una descripción de su propio modelo de universo, irregular y en expansión . Los trabajos teóricos de Sitter fueron, entonces, una importante contribución al progreso de la astronomía.
El modelo de De Sitter se convirtió en la base teórica para la creación del universo estacionario (Steady State). De Sitter, no solamente se ciñó a la problemática de las ecuaciones de campo de Einstein, sino que también desarrolló una descripción de su propio modelo de universo, irregular y en expansión . Los trabajos teóricos de Sitter fueron, entonces, una importante contribución al progreso de la astronomía.
Otras de las contribuciones que de Sitter aportó a la astronomía, fueron sus procesos de recalculación a muchas constantes astronómicas, así como sus análisis de los datos geodeticales y astronómicos que permitieron el descubrimiento del mecanismo de rotación y revolución de la Tierra. De Sitter sugirió que tanto la rotación de la Tierra como de la Luna son afectadas exclusivamente por la fricción de las mareas de la Tierra.
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