La gravedad, como fenómeno, no puede ser falsificada, porque es un hecho que las cosas caen al suelo. (O flotar si son más ligeros (menos densos) que el aire, por la misma razón).
Aristóteles propuso una de las primeras “teorías” de la gravedad. Dijo que las cosas se cayeron porque intentaban volver a su estado natural. También dijo que las cosas más pesadas cayeron más rápido. Siglos después, Galileo demostró que esta concepción de la gravedad era inconsistente. Se imaginó tomando una gran bala de cañón pesada y encadenándola a una bola de cañón más pequeña y ligera, y preguntó: “¿la cadena estaría apretada o floja?” Si las dos balas caen a diferentes velocidades, ¿la combinación encadenada se movería más rápido que cualquiera de las dos? pesa más ), o más lento , ya que la bola más pequeña debe “tirar” hacia atrás sobre la bola más grande, desacelerándola.
Esto fue solo un experimento mental , pero falsificó la teoría aristotélica de la gravedad. Galileo y Kepler progresaron en la comprensión de la gravedad y el movimiento, pero Newton fue la siguiente persona que realmente dio un gran salto adelante. Se dio cuenta de que la misma idea que podría explicar por qué las cosas cayeron al suelo también podría explicar por qué la Luna orbitaba la Tierra. Se imaginó disparando una bala de cañón tan rápido y tan alto que, en lugar de caer de nuevo a la Tierra , siguió perdiendo la Tierra y continuó cayendo alrededor de la Tierra, o en órbita . Se le ocurrió una ecuación para relacionar la fuerza de la fuerza gravitacional con la masa de un objeto y la distancia desde él, y también reconoció que podía usar esta ecuación para derivar las tres ecuaciones que Kepler había creado para describir el movimiento. de planetas Se llama Ley de Newton de la Gravitación Universal. Tuvo cuidado de no especular por qué las cosas hicieron esto, pero su ecuación funcionó muy bien para explicar lo que observamos.
- En el espacio, ¿qué pasa si incluimos energía potencial en la ecuación para encontrar la definición de gravedad, es decir, E = mc2 + gh a G = E-mc2 / h?
- Si viaja a la velocidad de la luz y pasa por un objeto con una gran cantidad de fuerza gravitacional, ¿irá en línea recta o habrá una curvatura?
- Dado que con un cohete lo suficientemente fuerte puede escapar de la gravedad de un objeto sin alcanzar la velocidad de escape de la superficie, ¿no es lo mismo para el horizonte de eventos de un agujero negro?
- Si terminamos colonizando Marte y construyendo asentamientos permanentes, ¿cómo haremos frente a los cambios gravitacionales?
- ¿Hay alguna fuerza que no se base en empujes o tirones?
Hay una constante en la ecuación de Newton que no pudo determinar, pero décadas (¿creo?) Más tarde, Cavendish logró hacerlo. (No estaba tratando de encontrar la constante, sino que estaba tratando de determinar la masa de la Tierra).
Todo esto iba muy bien hasta finales del siglo XIX: estábamos construyendo telescopios cada vez más grandes, y los astrónomos tomaban mediciones cada vez más precisas de los planetas. Y alrededor de ese tiempo comenzaron a notar que la Ley Universal de Gravitación de Newton no explicaba el movimiento de Mercurio, el planeta más cercano al Sol. Durante largos períodos de tiempo, Mercurio no estaba en el lugar correcto. Esto estaba falsificando la teoría de la gravedad de Newton: las predicciones no coincidían con las observaciones.
En 1905, Einstein publicó su artículo sobre relatividad especial , que explicaba algunos resultados peculiares, previamente misteriosos del electromagnetismo. Pero era limitado, solo funcionaba si los observadores se movían a una velocidad constante (o se detenían), dejaba de funcionar si había aceleraciones , como la gravedad. Pasó años antes de 1915/16 resolviendo cómo extender la teoría especial de la relatividad para trabajar con aceleraciones, lo que resultó en su teoría general de la relatividad . Una de las primeras comprobaciones que hizo fue ver qué predeciría para el movimiento de Mercurio, ¡y fue perfecto! (Es decir, predijo el movimiento dentro de la precisión con la que podríamos medirlo).
Creo que fue en 1919 que Arthur Eddington viajó para observar un eclipse solar, que le permitió fotografiar estrellas cercanas al Sol que normalmente no se ven porque el Sol es tan brillante. Como predijo la teoría general de Einstein, las estrellas aparecían más cerca del Sol que en fotos de ellas en la noche (seis meses después estarían en el cielo nocturno sin que el Sol las lavara). Así que esto también fue la confirmación de la teoría de Einstein.
En la formulación original, Einstein tenía lo que él llamó una constante cosmológica , era un factor adicional que empujaría un poco todo en el universo, de modo que no todo se agrupara en una gran bola. Unos años más tarde, Hubble observó que todo en el universo parecía estar alejándose el uno del otro, y la idea del Big Bang comenzó a desarrollarse. Einstein llamó a la constante cosmológica su mayor error, y fue eliminada de la teoría. (Debe haber pensado, si tan solo no hubiera agregado ese “factor dulce”, ¡podría haber predicho el universo en expansión antes de que se observara!)
Pero a fines del siglo XX, observaciones cada vez más precisas mostraron que el universo no solo se estaba expandiendo, sino que la tasa de expansión parecía estar acelerándose . Entonces se reintrodujo la constante cosmológica, que es lo que llamamos energía oscura (debido al hecho de que no entendemos lo que está sucediendo muy bien).
A mediados del siglo XX se notaron otras discrepancias. En la década de 1970, Vera Rubin realizó mediciones muy precisas de la forma en que giran las galaxias espirales, y descubrió que la mitad exterior gira más rápido de lo que cabría esperar según la cantidad de materia que parece estar allí. De manera similar, notamos que el movimiento de las galaxias entre sí parecía que había mucha masa que no podíamos ver, mucha masa, como diez veces más de lo que podíamos ver. Así que se nos ocurrió la materia oscura , pensando que debe haber algo que no emita o bloquee la luz (o interactúe con la materia que sí emite y bloquea la luz), que creó mucha gravedad , sin ser visiblemente observable .
Durante mucho tiempo me he sentido incómodo con esta conclusión, porque siempre me pareció una adición ad hoc (¿post hoc?) A la teoría del Big Bang, para mantener las observaciones que coinciden con las predicciones. He discutido con astrónomos profesionales antes, y me han asegurado que no hay mucho espacio para alterar la relatividad general, y que parece demasiado bueno para estar equivocado (aproximadamente). Otro problema que he tenido es con la teoría inflacionaria . En algún momento notamos que la temperatura de todo el universo es “demasiado” incluso. Pensamos que si todo el universo comenzó en un solo punto, luego “explotó” hacia afuera y luego se enfrió, debería haber una cierta cantidad de variación en la temperatura, pero observamos muy poca variación. Entonces, la conclusión es que la expansión debe haber sucedido de manera diferente de lo que esperaríamos ingenuamente, debe haber sido que la mayor parte de la expansión ocurrió en un período de tiempo absurdamente corto.
Entonces, para mí, la teoría inflacionaria y la materia oscura (y solía incluir la energía oscura) son indicaciones de que el modelo de relatividad general Big Bang + no es del todo correcto. Para mí, esto podría estar sugiriendo falsificación. (Ya no incluyo la energía oscura porque, en cierto sentido, es una modificación de la teoría de la gravedad. La inflación también puede tener algunos mecanismos razonables, pero la materia oscura es más difícil de aceptar porque postula que la mayor parte de la materia en el universo ha eludido la detección por nuestra parte, y a medida que más y más búsquedas de materia oscura se vuelven vacías, no he quedado convencido de que sea el camino correcto. Aunque Sean Carroll y otros físicos que entienden mucho mejor que yo todavía hacen el caso de que debe jugar algún papel, debido a lo bien que coincide con nuestras mediciones más precisas).
Pero en general, así es como se falsifican las cosas: hacemos observaciones precisas (o incluso solo experimentos mentales) que revelan una discrepancia entre la predicción y la observación (o una contradicción lógica en el caso de los experimentos mentales).
Probablemente no diremos que la teoría de la gravedad de Einstein está falsificada a menos que encontremos algo mejor, algo que haga que las predicciones sean más precisas que la relatividad general. Pero es posible que ya haya sido falsificado, por observaciones de la expansión y la temperatura del universo. Simplemente no tiene mucho sentido decir eso, ya que no tenemos mejores teorías a las que recurrir.
(Hay un competidor de la hipótesis de la materia oscura, llamada Dinámica Newtoniana Modificada (MOND), que hace un trabajo bastante bueno al explicar el problema de rotación de galaxias, pero no el problema de movimiento de galaxias. También es ad hoc , sin ningún fundamento para el ajuste que hace. También es newtoniano , y hay algunos intentos de extenderlo a la relatividad general, creo que TeVaS (teoría de escalado de vectores tensoriales) y tal vez ideas similares, pero se han mantenido al margen, probablemente difícil de resolver realmente. detalles y ver qué tan bien podrían hacerlo (o no), en comparación con la relatividad general).
