Astronomía 


¿Qué es la gravedad?

Estamos acostumbrados a la gravedad. Ese fenómeno natural que provoca que todo aquello que tenga masa sea atraído mutuamente. Desde estrellas, planetas y galaxias, a luz e incluso partículas subatómicas. Es el responsable de la complejidad del universo, sin su efecto todas las partículas estarían separadas por distancias similares y no habría energía térmica (ni estrellas, ni galaxias, etcétera…). En la Tierra, la gravedad da peso a los objetos físicos y provoca mareas.

Recreación artística del púlsar PSR J0348+0432 y su compañera, una enana blanca.

Recreación artística del púlsar PSR J0348+0432 y su compañera, una enana blanca.

No podemos escapar de la gravedad en ningún lugar del universo. Tiene un alcance infinito y no puede ser absorbido, transformado o anulado. Aquí, en la comodidad del lugar en el que estés leyendo este artículo, tu cuerpo siente la atracción de la gravedad que ejerce nuestro planeta y la Luna, pero también la del Sol, Alfa Centauri (el sistema estelar más cercano), la del centro de la Vía Láctea (a 30.000 años-luz de distancia), la de la galaxia de Andrómeda, y hasta la de las galaxias más distantes a miles de millones de años-luz de distancia.

Explicar el efecto de la gravedad, como has visto, podríamos decir que es bastante sencillo. En la Tierra, lo sentimos constantemente bajo nuestros pies y podemos observarlo cuando vemos cómo sube (o baja) la marea, o cuando la Luna completa otra órbita alrededor de nuestro planeta. Sin embargo, explicar su funcionamiento es algo más complejo, y puede dar muchos dolores de cabeza.

La ley de la gravedad universal de Isaac Newton (al que no le golpeó ninguna manzana en la cabeza, dicho sea de paso) dice que dos objetos en el Universo se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. Dedujo, correctamente, que la intensidad de la gravedad disminuye con el cuadrado de la distancia (al centro de masa del objeto que nos esté atrayendo) y su descripción y aplicación es perfecta en muchas escalas.

Esta imagen muestra como, a medida que la órbita precede, el punto más cercano al Sol no se encuentra en el mismo punto del espacio.

Esta imagen muestra como, a medida que la órbita precede, el punto más cercano al Sol no se encuentra en el mismo punto del espacio.

En muchas, que no en todas… Las órbitas de los planetas preceden. Es decir, el perihelio (el punto más cercano de su órbita alrededor del Sol) no está siempre en el mismo punto del espacio, si no que va desplazándose lentamente con el paso de los años. Con las ecuaciones de Newton podemos calcular la precesión de todas las órbitas del Sistema Solar… salvo la de Mercurio. En su caso, lo predicho por las ecuaciones no encaja completamente con lo que observamos.

Resulta que la precesión de Mercurio observada no encaja con lo que predicen las ecuaciones de Newton. En concreto, hay una diferencia de 43 segundos de arco (si cogemos un circulo y lo dividimos en 3600 partes, cada una de ellas es un segundo de arco) entre lo predicho y lo observado. Es una discrepancia difícil de explicar y, si nos ceñimos únicamente a la teoría de Newton, no podemos resolverla de ninguna manera satisfactoria. Cualquier corrección que intentemos añadir para hacer encajar ese cálculo introduce más problemas.

Es aquí cuando entra en escena un brillante físico alemán: Albert Einstein. Su teoría de la relatividad general predice, sin necesidad de ninguna corrección adicional, que la precesión de Mercurio varía exactamente al mismo ritmo al que lo observamos en la realidad. Sirvió para entender que, en ciertas escalas, las leyes de Newton dejaban de funcionar, y en gran parte, todo se debe a su definición del espacio como algo invariable.

Representación gráfica de la curvatura del espacio-tiempo por la masa de la Tierra.

Representación gráfica de la curvatura del espacio-tiempo por la masa de la Tierra.

Albert Einstein definió la gravedad de una manera diferente. La gravedad no es una fuerza, es una curvatura en el espacio-tiempo provocada por la masa. Aunque no es un ejemplo perfecto, imaginemos que el espacio-tiempo es una especie de manta gigantesca. Si ponemos algo pesado sobre la manta, se deforma y se hunde bajo el peso del objeto que pongamos. Si ahora colocamos un objeto más liviano en la zona de deformación (o cerca de la misma), se verá desplazado hacia el objeto más grande.

No es una descripción ni mucho menos perfecta de cómo funciona el espacio-tiempo y qué pasa al ser curvado, pero es una visualización razonablemente sencilla que nos da una visión diferente de un mismo fenómeno. Según la descripción de Newton, ese objeto más grande que imaginábamos estaría ejerciendo una fuerza de atracción sobre el objeto más pequeño. Sin embargo, con la descripción de Einstein, no es ninguna fuerza la que hace que el objeto más pequeño se vea atraído hacia el grande, si no la deformación de la superficie en la que se encuentra (insisto, no es un ejemplo perfecto, pero hasta cierto punto nos sirve para este caso).

Urbain Le Verrier

Urbain Le Verrier

Así que, con esto en mente, volvamos a la precesión de Mercurio. Newton definía la gravedad como una fuerza y daba por hecho que el espacio era completamente plano. Por tanto, sólo era necesario tener en cuenta los efectos de atracción provocados por el resto de planetas y por el propio Sol. Bajo ese prisma, tenía que haber algo que se le escapaba a los astrónomos que explicase por qué la precesión de Mercurio no encajaba.

Urbain Le Verrier propuso la existencia de un planeta, Vulcano, entre Mercurio y el Sol, que sería el responsable de la perturbación. No estaba dando palos de ciego. Él mismo había predicho, correctamente, la existencia de Neptuno al observar que la órbita de Urano se veía perturbada. Sin embargo, resultó que no había ningún planeta ni ningún campo de asteroides ni ningún otro factor visible que pudiese explicar esa diferencia.

El factor es otro. Es la curvatura del espacio ejercida por el propio Sol, que afecta a Mercurio mucho más que al resto de planetas por su cercanía a nuestra estrella. El resto de planetas están mucho más lejos y, por tanto, el impacto es inapreciable. En el fondo de todo esto, nos queda una reflexión que quizás hayas oído en otras ocasiones: las leyes de la física funcionan sólo hasta determinadas escalas. En el interior de un agujero negro, por ejemplo, la deformación del espacio-tiempo es tan pronunciada que existe un punto al que llamamos singularidad. En él, la curvatura del espacio-tiempo de Einstein es infinita, y ni siquiera se nos permite entender qué pasa allí.

La gravedad rige el funcionamiento de nuestro universo, desde la escala de nuestro Sistema Solar hasta la de los grandes filamentos galácticos. Sin embargo, es la interacción más débil de las cuatro fuerzas fundamentales (las otras tres son el electromagnetismo, la fuerza nuclear débil y la fuerza núclear fuerte, que mantiene los núcleos atómicos unidos). ¿Tienes un imán en la puerta de tu nevera? Su fuerza electromagnética es suficiente para vencer a la fuerza de la gravedad y permanecer pegado en la nevera…

Más información| Astrobitácora: La teoría de la relatividad y los viajes en el tiempo, Astrobitácora: Los agujeros negros

Imagen| Púlsar y enana blanca (también imagen de portada), Precesión de la órbitaRepresentación de la curvatura del espacio-tiempoUrbain Le Verrier

En QAH| El Sistema Solar, La Vía Láctea, El supercúmulo de Virgo y el Grupo Local, El universo Observable

RELACIONADOS