¿La gravedad existe? ¿Realmente es una fuerza?

La gravedad es el fenómeno natural mediante el cual todos los cuerpos se atraen unos a otros. Ejem… no ESE tipo de atracción, sino la que experimenta todo objeto con masa, como una piedra y la Tierra, o un planeta y el sol. Ya desde el año 499 el astrónomo hindú Aryabhata la identificó como la fuerza responsable de que las cosas no salgan volando aunque el mundo esté girando.

Newton

Isaac Newton pensaba que sí. Y la describió con gran precisión en sus ecuaciones: Su fuerza es directamente proporcional al producto de las masas de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

O sea, que mientras más masa tenga un cuerpo, mayor es su fuerza de atracción y mientras más lejos esté, la atracción será más débil. Las ecuaciones de Newton describieron con gran precisión tanto la trayectoria de una bala lanzada por un cañón como la órbita de Júpiter alrededor del Sol. ¡Hasta aquí, maravilloso!

Pero tenía que llegar Albert Einstein....

Einstein

¡Es que hay anomalías que la teoría de Newton no explica! Como la precesión en la órbita de mercurio, por ejemplo. Humm… además ¿cómo es que un cuerpo como el Sol puede actuar de manera instantánea sobre planetas que están a millones de kilómetros, y a través del vacío?

La teoría de Einstein explica más a fondo y con más precisión el fenómeno que llamamos “gravedad”. Trataremos de ilustrar sus aspectos fundamentales, pero te advertimos que implica deshacernos de algunas ideas que pueden estar muy arraigadas en la mente, porque se basan en lo que percibimos con nuestros sentidos y nos parecen evidentes, aunque no sean correctas. A Einstein le tomó como diez años entender y desarrollar esta teoría.

Primero, un experimento mental. Imagina que estás en una caja sin puertas ni ventanas ¿Cómo puedes distinguir si estás en la Tierra o en el espacio? ¡Ah, por la gravedad, dices! Si sientes una fuerza hacia abajo y las cosas se caen, estás en la Tierra ¿Estás seguro? Pues la verdad es que, si estás en el espacio y la caja acelera 9.8 metros por segundo al cuadrado, tú y los objetos contigo se comportarían exactamente como en la Tierra. ¿te das cuenta?

En cambio, si la caja no acelera, todo parecería “flotar”... exactamente igual que si estuvieras en la Tierra y la caja estuviera en caída libre. Esta imposibilidad para distinguir la gravedad de los efectos de la aceleración se llama “principio de equivalencia” y es esencial para entender que ¡la gravedad no existe! O más bien, que NO es una fuerza, del mismo modo que, cuando aceleras en un auto y sientes que te presionas contra el asiento, no decimos que hay una fuerza “jalándote” hacia atrás, sino más bien que ese efecto es resultado de la inercia.

Si no es una fuerza entonces ¿qué es?

Pues según la teoría de la relatividad es un resultado de la  curvatura del espaciotiempo. No un tipo de energía, sino un efecto geométrico. Y esto requiere otra explicación.

Imagina un vehículo que avanza por un camino sobre una superficie sin cambiar de dirección. Si no puede cambiar de dirección, entonces podemos afirmar que avanza en línea recta ¿Estamos de acuerdo? Pero ¿qué tal si el camino que sigue está dibujado sobre una pelota?  Para el carrito, que sólo ve dos dimensiones, la línea sigue siendo recta, pero está curvada en una tercera dimensión. Una línea con estas características se llama “geodésica”. Recuerda ese nombre porque va a ser relevante más adelante.

Ahora hablemos del espaciotiempo. Como sabes, nuestro universo se puede medir en tres dimensiones y Einstein introdujo el tiempo como una cuarta dimensión, pero para este ejemplo vamos a usar una sola dimensión espacial (la representaremos con el “eje y”) y la dimensión temporal (el “eje t”). El plano que resulta de su combinación es el espaciotiempo.

En este universo, si dejamos una pelota ahí solamente sin moverse en el espacio, sólo en el tiempo, la línea en nuestra gráfica sería completamente horizontal. Si esta pelota en lugar de dejarla quieta la arrojamos y se mueve a una velocidad constante, la línea resultante en la gráfica sería diagonal.

La idea de Einstein es que la masa distorsiona el espaciotiempo. A mayor masa, más distorsión. Al incorporar la gravedad, las líneas siguen siendo rectas, pero el espaciotiempo está curvado. Entonces, desde nuestra perspectiva, son las trayectorias las que parecen curvadas. La pelota que no se movía, en presencia de la gravedad parece caer. La pelota con velocidad uniforme sube, desacelera y luego baja. Siguen trayectorias geodésicas, como la del carrito, pero la curvatura no es en una tercera, sino en una cuarta dimensión. Sus movimientos son rectos, pero incrustados en un espaciotiempo curvo. Por increíble que parezca, las elipses que siguen los planetas alrededor del sol también son geodésicas: son rectas en tres dimensiones pero están curvadas en una cuarta dimensión.

Esto es muy difícil de imaginar o de representar con dibujos, pero perfectamente factible de ser calculado matemáticamente. Y además plenamente demostrado: aunque un rayo de luz no tiene masa y por lo tanto, según Newton, no tendría porqué ser afectado por una “fuerza” de gravedad, se dobla al pasar junto a un objeto masivo. Como la gravedad distorsiona tanto el espacio como el tiempo ¡Un reloj corre más lento en la Tierra que en el espacio!

¡CuriosaMente!