La fuerza que no nos acompa?a: el caso de Einstein contra los Jedi

La f¨ªsica pretende conocer y describir todos los fen¨®menos de la naturaleza y del universo, formular sus principios y teor¨ªas a trav¨¦s del lenguaje matem¨¢tico para poder predecir y utilizar su comportamiento. Por definici¨®n, todas las teor¨ªas cient¨ªficas pueden ser refutadas, pero a¨²n cuando lo son, en muchas ocasiones ni siquiera se puede decir de ellas que sean err¨®neas o mentira. M¨¢s bien hay que entender la utilidad de las teor¨ªas f¨ªsicas y sus limitaciones. Hablamos hoy de una de las leyes f¨ªsicas m¨¢s conocidas, de algo que ya est¨¢ en nuestro acervo cultural, la llamada ¡°fuerza de la gravedad¡±, que no existe como tal de acuerdo a las teor¨ªas f¨ªsicas m¨¢s avanzadas.

Noviembre de 1915, Revista de la Academia Prusiana de las Ciencias, p¨¢gina 315: Einstein presenta el primero de cuatro art¨ªculos sobre una nueva y rompedora teor¨ªa, la Teor¨ªa General de la Relatividad. Desde el t¨ªtulo del primer art¨ªculo ya identifica la astronom¨ªa como la rama cient¨ªfica donde se pueden comprobar sus postulados. B¨¢sicamente, en estos art¨ªculos nos dice que lo que todav¨ªa hoy aprendemos en el colegio acerca de la gravedad es un cuento de ni?os. Bueno, vamos a ser un poco m¨¢s suaves, es una aproximaci¨®n ya que, en realidad, la fuerza gravitatoria no existe, es una ilusi¨®n.

La Ley de Gravitaci¨®n de Newton funciona muy bien para describir el movimiento del Sol en el cielo, el vuelo de los aviones o las comunicaciones por sat¨¦lite, aunque en este ¨²ltimo caso ya empezamos a ver sus limitaciones. Esta ley, que tiene ya m¨¢s de 300 a?os, nos da el valor de la aceleraci¨®n de un cuerpo sujeto a lo que denomina fuerza gravitatoria creada por toda masa. Pero Einstein nos dijo que la gravedad no es una fuerza real y que lo que nos ense?¨® Newton y hoy preguntan en la EvAU no funciona bien ni para describir movimientos a velocidades cercanas a la de la luz, ni cuando utilizamos como sistema de referencia algo que tiene aceleraci¨®n, que es b¨¢sicamente¡­ todo.

En realidad, la fuerza gravitatoria no existe, es una ilusi¨®n

Para Newton y para cualquier mortal con conocimientos b¨¢sicos de f¨ªsica, algo que est¨¢ parado s¨®lo puede empezar a moverse si se aplica una fuerza. De manera an¨¢loga, algo que se mueve, como la Tierra alrededor del Sol, solo var¨ªa su movimiento, y rompe su inercia describiendo una ¨®rbita cerrada, si se ejerce una fuerza. Para la Relatividad General la Tierra no rompe su inercia bajo la acci¨®n de la fuerza gravitatoria del Sol, sino que la masa del Sol (y todo lo que existe) curva el espacio-tiempo y nuestro planeta se mueve sin inmutarse como le permite ese espacio-tiempo curvo. No hay fuerzas entre objetos, son fuerzas ficticias resultado de que el espacio-tiempo es plastilina en manos de la masa.

Volvemos a la p¨¢gina 315 de la Revista de la Academia Prusiana de las Ciencias. Einstein nos habla de alguna de las implicaciones que tiene su nuevo paradigma. En un universo que se curva por el efecto de la masa (o de la energ¨ªa), los fotones creados por las estrellas, por ejemplo, siguen trayectorias afectadas por esa curvatura. En principio deber¨ªamos estar acostumbrados a que los rayos de luz cambien de trayectoria, lo podemos comprobar en una piscina. Observamos el fondo de manera n¨ªtida cuando el agua est¨¢ totalmente tranquila. Pero si el agua se mueve, si hay olas, los rayos de luz que vienen del fondo cambian de direcci¨®n y todo se vuelve borroso. La diferencia con lo que propone Einstein es que incluso si la luz no tiene que atravesar nada, si solo hay un vac¨ªo por donde transitan los fotones, el espacio-tiempo puede estar curvado por una masa m¨¢s o menos cercana y los rayos de luz se mueven como les dicta esa curvatura. El espacio-tiempo ser¨ªa como una monta?a rusa, y nada que se mueva podr¨ªa separarse de la curvatura que imponen sus ra¨ªles.

Esta rompedora teor¨ªa de Einstein se intent¨® comprobar en los a?os siguientes a su publicaci¨®n. Sir Arthur Eddington, famoso f¨ªsico ingl¨¦s, ide¨® para ello un experimento realizado durante un eclipse. Eddington tuvo que sortear contratiempos para comprobar la Relatividad, como una Guerra Mundial, de la que intent¨® objetar de varias maneras, por motivos religiosos y tambi¨¦n alegando el servicio que pod¨ªa hacer con sus experimentos sobre la Relatividad General. Pero finalmente, el 29 de mayo de 1919, durante un eclipse especial, el m¨¢s largo que se hab¨ªa producido en m¨¢s de 500 a?os, Eddington fue a una isla de ?frica llamada Pr¨ªncipe a comprobar lo que Einstein hab¨ªa escrito 4 a?os antes.

Einstein propone que, incluso si la luz no tiene que atravesar nada, el espacio-tiempo puede estar curvado por una masa m¨¢s o menos cercana

En Pr¨ªncipe llovi¨® y llovi¨® pero el cielo se abri¨® lo necesario para tomar una imagen con placa fotogr¨¢fica a trav¨¦s de un telescopio donde se ve¨ªan estrellas de la constelaci¨®n de Tauro justo al lado del Sol. Las estrellas no se ven de d¨ªa, la luz del Sol nos ciega e impide a nuestros telescopios ¨®pticos detectarlas, son mucho m¨¢s d¨¦biles que la luz del d¨ªa. Pero en un eclipse se oculta la gran fuente de luz y podemos ver las estrellas en el cielo. Eddington pudo observar varias estrellas cercanas al entonces oculto disco solar, y medir de manera relativa la posici¨®n con respecto a otras m¨¢s separadas del Sol. Y lo que encontr¨® es que la posici¨®n hab¨ªa variado una distancia muy peque?a, 1.75 arcosegundos, el equivalente a poder detectar el crecimiento en una hora del c¨¦sped de la porter¨ªa de un campo de f¨²tbol desde el c¨®rner. Esta diferencia era totalmente consistente con lo predicho por la Teor¨ªa de Relatividad General de Einstein. El Sol, efectivamente, curva el espacio-tiempo y los rayos de luz que pasan cerca de ¨¦l var¨ªan su direcci¨®n, con lo que las estrellas parecen estar en una posici¨®n diferente a la real.

El fen¨®meno natural de la gravedad, concluimos, est¨¢ mucho mejor descrito por la Relatividad, que establece que no es una fuerza. Esto tira por tierra lo descrito por Newton y que se sigue ense?ando en los colegios. La visi¨®n newtoniana de la gravedad se queda grabada en las mentes de los estudiantes, por lo que luego es muy dif¨ªcil hacerles entender la distorsi¨®n del espacio-tiempo o el concepto de un tiempo no absoluto. Es importante entender de d¨®nde vienen los conceptos en la ciencia, y las aportaciones del f¨ªsico ingl¨¦s no deber¨ªan dejar de ense?arse, pero sin que esto suponga obviar nuestra actual visi¨®n m¨¢s precisa de la naturaleza. La fuerza gravitatoria no nos acompa?a, muy a pesar de los Jedi, la cosa est¨¢ m¨¢s cerca de lo que dicen los mandalorianos: ¡°esta es la forma¡± (de la gravedad y del espacio-tiempo).

Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez es investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de 1 ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa; Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa

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