La sorprendente acción a distancia de la gravedad

Este artículo tiene cierta relación con otro recientemente publicado en este blog titulado "El incomprensible comportamiento de los átomos y sus partículas" en el sentido de que incita a reflexionar sobre cómo nuestra experiencia condiciona nuestro entendimiento sobre diferentes aspectos del mundo en que vivimos.

En el citado artículo se transmitía el mensaje de que la dificultad para entender el comportamiento del mundo microscópico se debía a que las personas normales no tenemos experiencias directas de ese mundo sino sólo lo que nos cuentan los especialistas a la vista de los resultados de sus complicados experimentos.

En este artículo vamos a ver otro caso en el que nuestra experiencia condiciona nuestro entendimiento pero ahora en el sentido opuesto, porque damos por entendido algo tan difícil de comprender como es la acción a distancia de la gravedad.

Pocos fenómenos están mas presentes que la gravedad en nuestras vidas. Desde que aprendemos a echar los primeros pasos establecemos una lucha permanente con la gravedad para mantenernos erguidos, lo que ocurre es que nuestro cerebro nos hace guardar el equilibrio de forma tan automática que sólo nos sorprendemos si alguien tropieza y cae. 

Estamos tan acostumbrados a que los objetos que no están sujetos caigan hacia abajo que aceptamos ese hecho como la cosa mas natural del mundo y no reflexionamos sobre cómo la fuerza de la gravedad puede actuar a distancia para tirar del objeto hacia abajo. Tuvo que llegar un genio de la talla de Isaac Newton para preguntarse seriamente por qué ocurría esto.

Newton, una de las mayores inteligencias de la historia, se dio cuenta de que una cosa es describir la ecuaciones de la gravitación y otra comprender la auténtica naturaleza de la gravedad. En una carta dirigida al obispo y erudito Richard Bentley  escribió: «...que un cuerpo pueda actuar sobre otro a distancia, a través del vacío y sin ninguna otra mediación, y que su acción y fuerza puedan pasar de uno al otro, es para mí un absurdo tan grande que creo que nunca estará de acuerdo con ello ningún hombre que sea intelectualmente competente en materia filosófica.»

Aún sin comprender como una fuerza se podía transmitir a distancia, en 1687 Newton enunció verbal y matemáticamente las leyes de la gravitación universal por las que se rigen tanto los movimientos de los objetos en la gravedad terrestre como los movimientos de los astros y con ello reunió en una sola teoría la descripción de la mecánica terrestre y la celeste.

Una explicación

Hubo que esperar hasta 1916 para que otro genio de talla comparable, Albert Einstein, publicara su Teoría General de la Relatividad y diera una respuesta al problema que preocupaba a Newton. La explicación de Einstein de como la fuerza de la gravedad se transmite a distancia no puede ser mas sorprendente: la fuerza de la gravedad no existe, los efectos que achacamos a la fuerza de la gravedad no son mas que las consecuencias de una deformación del espacio. 
Después de concebir esta idea, Einstein, con ayuda de relevantes matemáticos de la época, dedicó varios años de intenso esfuerzo a plasmarla en las nuevas ecuaciones de la gravitación universal.  Las ecuaciones son complicadas pero en plan de divulgación se pueden expresar coloquialmente en estas dos sencillas frases:

• La masa le dice al espacio como debe curvarse.
• El espacio le dice a la masa como debe moverse.

¿Cómo se deforma el espacio?

Imaginemos una tejido elástico tensado en un plano horizontal como si fuera un mundo de 2 dimensiones. Si le colocamos  encima una esfera pesada, el tejido se deforma y adquiere una forma cóncava. Un ser bidimensional no se daría cuenta de la deformación. Nosotros si al 

observarlo desde nuestro mundo de 3 dimensiones. Lo que dice la Teoría de la Relatividad es que, de forma análoga al tejido elástico del ejemplo anterior, el espacio tridimensional en que vivimos se curva sobre un espacio de 4 dimensiones. Nosotros no podemos percibir esa deformación y difícilmente imaginar que es un mundo de 4 dimensiones. En la figura se trata de representar esa deformación dibujando como quedaría una estructura cúbica regular al colocar la masa.


¿Cómo es el movimiento sobre un espacio deformado?

Cuando no actúan fuerzas sobre un cuerpo en movimiento, este sigue la trayectoria que requiere la mínima distancia a recorrer que es la que se conoce cómo línea geodésica.

En el ejemplo anterior, si antes de colocarle la esfera pesada tiramos sobre el tejido tensado una bolita ligera podremos observar que ésta se mueve en línea recta. Fig (a). 

Sin embargo si tiramos la bolita después de haber colocado la esfera pesada observaremos que la bolita sigue una trayectoria curva debido a la deformación del tejido implica que la línea geodésica tiene ahora esa forma. Fig (b).

La Relatividad explica que La Tierra, planetas y demás astros del sistema solar sigan unas trayectorias elípticas porque son las líneas geodésicas que les corresponden dentro de ese cuenco que es el espacio del sistema solar curvado por el Sol, sin que ninguna fuerza obligue a los astros a seguir sus curvadas trayectorias.

¿Una locura?
No, porque si se acepta que el espacio se deforma por el sólo hecho de contener masas (galaxias, estrellas, planetas, etc) la explicación de los efectos gravitatorios es completamente racional y las nuevas leyes de la gravitación explican todos los fenómenos gravitatorios conocidos y son "casi" idénticas a las que enunció Newton en el siglo XVII.

He puesto "casi" porque en las nuevas leyes aparecen unas pequeñas modificaciones sobre las de Newton que hay que tener en cuenta en casos muy especiales. 
Esas modificaciones permiten, por ejemplo, que las leyes relativistas expliquen con precisión el desplazamiento del perihelio del planeta Mercurio cosa que no se puede explicar con las leyes de Newton.




Cuando se dice que la fuerza de la gravedad no existe no se niega el resultado, se niega el origen. Lo que sentimos como fuerza de la gravedad es una fuerza virtual, algo parecido a la fuerza centrífuga que experimentamos vívidamente cuando estamos dentro de un vehículo que recorre velozmente una trayectoria curvada.

Ondas gravitacionales

Una de las consecuencias que tiene la idea de Einstein es que el espacio se comporta como un tejido elástico en el que la deformación en una zona se transmite a las zonas colindantes. A consecuencia de esto, cuando se producen perturbaciones bruscas en la deformación del espacio debidas a cataclismos cósmicos, la deformación se propaga a la velocidad de la luz por el espacio formando ondas gravitacionales. Estas ondas no se han podido observar aún pero ya se han construido detectores especialmente diseñados para este fin, ya que este aspecto es la última predicción que falta por comprobar de la Teoría de la Relatividad.

Juan Rojas