La historia de la manzana Newton
Nuestra comprensión moderna de la gravedad procede de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que es una de las teorías mejor probadas de la ciencia. La relatividad general predijo muchos fenómenos años antes de que se observaran, como los agujeros negros, las ondas gravitacionales, las lentes gravitacionales, la expansión del universo y las diferentes velocidades de los relojes en un campo gravitatorio. Hoy en día, los investigadores siguen poniendo a prueba las predicciones de la teoría para comprender mejor el funcionamiento de la gravedad.
Albert Einstein publicó su teoría completa de la relatividad general en 1915, a lo que siguió una avalancha de trabajos de investigación de Einstein y otros autores que exploraban las predicciones de la teoría. En la relatividad general (RG), las concentraciones de masa y energía curvan la estructura del espaciotiempo, afectando al movimiento de todo lo que pasa cerca, incluida la luz. La teoría explicaba la órbita anómala de Mercurio, pero el primer gran triunfo llegó en 1919, cuando Arthur Eddington y sus colegas midieron la influencia de la gravedad del Sol sobre la luz de las estrellas durante un eclipse solar total.
Constante gravitatoria
La gravitación es un fenómeno por el cual todos los objetos se atraen. La física moderna describe la gravitación mediante la teoría general de la relatividad, pero la ley de la gravitación universal de Newton, mucho más simple, proporciona una excelente aproximación en muchos casos.La gravitación es la razón de la existencia misma de la Tierra, el Sol y otros cuerpos celestes; sin ella, la materia no se habría fusionado en estos cuerpos y la vida tal y como la conocemos no existiría. La gravitación también es responsable del mantenimiento de la Tierra y los demás planetas en sus órbitas alrededor del Sol, de la Luna en su órbita alrededor de la Tierra, de la formación de las mareas y de otros fenómenos naturales que observamos.
Desde los tiempos del filósofo griego Aristóteles, en el siglo IV a.C., ha habido muchos intentos de comprender y explicar la gravedad. Aristóteles creía que no había efecto sin causa y, por tanto, movimiento sin fuerza. Su hipótesis era que todo intentaba moverse hacia su lugar apropiado en las esferas cristalinas de los cielos, y que los cuerpos físicos caían hacia el centro de la Tierra en proporción a su peso. Otro ejemplo de intento de explicación es el del astrónomo indio Brahmagupta, quien, en el año 628 d.C., escribió que “los cuerpos caen hacia la Tierra porque está en la naturaleza de la Tierra atraer a los cuerpos, igual que está en la naturaleza del agua fluir”.Los trabajos modernos sobre la teoría gravitatoria comenzaron con la obra de Galileo Galilei a finales del siglo XVI y principios del XVII. En su famoso experimento de lanzamiento de bolas en la Torre de Pisa y, más tarde, con cuidadosas mediciones de bolas rodando por pendientes, Galileo demostró que la gravitación acelera todos los objetos a la misma velocidad. Esto suponía un gran cambio con respecto a la creencia de Aristóteles de que los objetos más pesados se aceleran más deprisa. (Galileo postuló correctamente la resistencia del aire como la razón por la que los objetos más ligeros parecen caer más lentamente). El trabajo de Galileo sentó las bases para la formulación de la teoría de la gravedad de Newton. La teoría de la gravitación de Newton
¿Es la gravedad una teoría?
Antes de Einstein, el espacio parecía inmutable e inmodificable, como lo había definido Isaac Newton dos siglos antes. Y el tiempo, declaraba Newton, fluía a su propio ritmo, ajeno a los relojes que lo medían. Pero Einstein observó el espacio y el tiempo y vio un único escenario dinámico -el espaciotiempo- en el que la materia y la energía se pavoneaban, generando sonido y furia, significando gravedad.
La ley de la gravedad de Newton había unido la física terrenal de las manzanas que caen con las danzas cósmicas de planetas y estrellas. Pero no pudo explicar cómo y se negó a intentarlo. Hizo falta un Einstein para descubrir el verdadero modus operandi de la gravedad. Einstein demostró que la gravedad no sólo hacía que lo que sube siempre baja. La gravedad hacía girar el universo.
La teoría de Einstein explicaba una famosa observación que la gravedad newtoniana no podía explicar: una sutileza en la órbita del planeta Mercurio. Y sus ecuaciones implicaban otras ligeras desviaciones de los cálculos newtonianos. En el último siglo, las predicciones de la relatividad general han sido verificadas repetidamente por mediciones modernas de precisión. Para los físicos de hoy, relatividad general y gravedad son esencialmente sinónimos.
Física de la gravedad
La humanidad lleva miles de años intentando responder a esta pregunta. El italiano Galileo Galilei fue uno de los primeros científicos que investigó el movimiento de los objetos, pero no fue hasta que Isaac Newton estudió la “gravedad” cuando empezamos a comprender esta característica del Universo.
En 1687, Newton publicó su Ley Universal de la Gravitación. No sólo funcionaba para los objetos que caían al suelo en la Tierra, sino que también explicaba cómo se movían los planetas en el cielo nocturno. No es de extrañar que se la considere una de las obras maestras de la ciencia. Sólo hubo una observación que su trabajo no pudo explicar: La órbita elíptica de Mercurio se mueve gradualmente alrededor del Sol, un fenómeno conocido como “precesión”.
A principios del siglo XX, Albert Einstein desarrolló su teoría de la relatividad general, en la que describía la gravedad como una deformación del espacio causada por la presencia de objetos masivos, similar a la deformación que produce una pelota pesada en una lámina de goma. Esta deformación “indica” a los objetos más pequeños cómo moverse por el espacio, de modo que entran en órbita o caen sobre el objeto celeste más grande. Antes se pensaba que el espacio estaba lleno de un fluido llamado éter. Cuando nadie pudo demostrar la existencia del éter, se empezó a pensar que el espacio estaba vacío. Así que la idea de Einstein de que el espacio era como un tejido que se extendía por el Universo fue revolucionaria. La relatividad general no sólo explicaba la precesión de Mercurio, sino que hacía una serie de predicciones sorprendentes que, en las décadas siguientes, se han demostrado ciertas. Entre ellas, que la luz que pasa junto a un objeto masivo se desvía de su trayectoria original y que la luz que escapa de un campo gravitatorio pierde energía (de hecho, los sistemas de navegación por satélite, como el GPS, tienen que tener en cuenta este segundo efecto para localizar con precisión la posición de sus usuarios).