?Qu¨¦ causa la gravedad?

Para responder a tu pregunta tengo que explicarte antes lo que es el espacio-tiempo. Se trata de un concepto que combina al espacio y al tiempo en un ¨²nico continuo que contiene todos los sucesos que tienen lugar en el universo. Eso quiere decir que se considera el cosmos como un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, las tres espaciales m¨¢s la temporal. Esas cuatro dimensiones se combinan, aunque siguen teniendo una naturaleza algo distinta.

Seg¨²n la Teor¨ªa de la Relatividad General, la gravedad es una caracter¨ªstica geom¨¦trica del espacio-tiempo, es decir, los efectos gravitatorios son una consecuencia de la forma del espacio-tiempo. Si el espacio-tiempo est¨¢ curvado los objetos que contiene se mover¨¢n afectados por esa curvatura y podemos decir que est¨¢n afectados por la gravedad. Como todo est¨¢ contenido en el espacio-tiempo, todo siente la gravedad y, por lo tanto, se mueve teniendo en cuenta su curvatura.

Pero claro, con esta explicaci¨®n surge otra pregunta: ?qu¨¦ curva el espacio-tiempo? Y la respuesta es que la causante de la curvatura del espacio-tiempo es la energ¨ªa que contiene. Podemos hacer una analog¨ªa pensando en el espacio-tiempo como una cama el¨¢stica. Esta cama se curva cuando ponemos una pelota encima. As¨ª podemos entender que el movimiento de un planeta en torno a una estrella como el Sol es el movimiento del planeta cayendo por la curvatura de la cama el¨¢stica, sin necesidad de hablar de una fuerza a distancia que ejerce la estrella.

¡°El espacio-tiempo le dice a la materia c¨®mo moverse, la materia le dice al espacio-tiempo c¨®mo curvarse¡±

Pero vayamos m¨¢s all¨¢ porque tambi¨¦n debes saber que toda energ¨ªa curva el espacio-tiempo y que la manera en que lo curva depende de la naturaleza de la energ¨ªa y las caracter¨ªsticas de su distribuci¨®n.

Lo que ocurre entonces es que la relaci¨®n entre la forma del espacio-tiempo (y por tanto la gravedad) y la energ¨ªa va en las dos direcciones. El f¨ªsico te¨®rico estadounidense John A. Wheeler lo resumi¨® de una manera que me parece muy gr¨¢fica: ¡°El espacio-tiempo le dice a la materia c¨®mo moverse, la materia le dice al espacio-tiempo c¨®mo curvarse¡±.

Si queremos saber cu¨¢nta energ¨ªa hay en un volumen y c¨®mo curva el espacio-tiempo necesitamos conocer muchas caracter¨ªsticas de su distribuci¨®n. Para describir toda esa informaci¨®n matem¨¢ticamente de forma simple usamos un objeto matem¨¢tico al que llamamos tensor energ¨ªa-momento. Este objeto matem¨¢tico encierra toda la informaci¨®n gravitatoria de la energ¨ªa de una forma que es ¨²til para cualquier observador independientemente de su movimiento.

Si pensamos en una distribuci¨®n de part¨ªculas en un volumen, su tensor energ¨ªa-momento se construye combinando la informaci¨®n de la masa de las part¨ªculas (necesaria para conocer su energ¨ªa) y su momento o cantidad de movimiento (que es la masa por la velocidad). Pero tambi¨¦n podemos pensar en regiones en las que no hay una o varias part¨ªculas, pero s¨ª hay energ¨ªa. Por ejemplo, el campo electromagn¨¦tico, que le da propiedades electromagn¨¦ticas a una regi¨®n del espacio, tambi¨¦n tiene energ¨ªa y momento asociados.

En general el tensor energ¨ªa-momento de una regi¨®n contiene la informaci¨®n sobre la densidad de energ¨ªa, sus flujos, las presiones en todas las direcciones y las tensiones en ese volumen. As¨ª, la gravedad est¨¢ causada por todas estas caracter¨ªsticas de las distribuciones de energ¨ªa.

El tensor energ¨ªa-momento es el objeto matem¨¢tico que se relaciona directamente con las caracter¨ªsticas de la geometr¨ªa del espacio-tiempo en las celebradas ecuaciones de Einstein, que relacionan materia con geometr¨ªa. Y nos sirve para averiguar la curvatura del espacio-tiempo, es decir, la gravedad, que provoca la existencia en ese espacio-tiempo de determinada energ¨ªa.

Prado Mart¨ªn Moruno es doctora en F¨ªsica, profesora ayudante doctora del Departamento de F¨ªsica Te¨®rica de la Universidad Complutense de Madrid.

Pregunta enviada v¨ªa email por Jos¨¦ Rubio

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