(Profesor Stephen Hawking durante un vuelo de gravedad cero. Crédito de la imagen: Zero G)
Gravedad. La persona promedio probablemente no lo piense a diario, pero la gravedad afecta cada uno de nuestros movimientos. Debido a la gravedad, nos caemos (no hacia arriba), los objetos se estrellan contra el piso y no salimos volando al espacio cuando saltamos en el aire. El viejo adagio, “todo lo que sube tiene que bajar” tiene mucho sentido para todos porque desde el día en que nacemos, aparentemente estamos unidos a la superficie de la Tierra debido a esta fuerza invisible que todo lo penetra.
- ¿Por qué los objetos tienen una fuerza gravitacional?
- ¿Por qué es la fuerza gravitacional que nos mantiene en el suelo en lugar de la fuerza eléctrica?
- ¿La gravedad define la masa o la masa define la gravedad?
- ¿Cuáles son las diferencias entre las fuerzas eléctricas y la fuerza gravitacional?
- ¿La gravedad empuja o tira?
Pero los físicos piensan en la gravedad todo el tiempo. Para ellos, la gravedad es uno de los misterios a resolver para obtener una comprensión completa de cómo funciona el Universo.
Entonces, ¿qué es la gravedad y de dónde viene?
Para ser sincero, no estamos del todo seguros.
Sabemos por Isaac Newton y su ley de gravitación que dos objetos en el Universo ejercen una fuerza de atracción entre sí. Esta relación se basa en la masa de los dos objetos y la distancia entre ellos. Cuanto mayor es la masa de los dos objetos y cuanto más corta es la distancia entre ellos, más fuerte es el tirón de las fuerzas gravitacionales que ejercen entre sí.
También sabemos que la gravedad puede funcionar en un sistema complejo con varios objetos. Por ejemplo, en nuestro propio Sistema Solar, el Sol no solo ejerce gravedad en todos los planetas, manteniéndolos en sus órbitas, sino que cada planeta ejerce una fuerza de gravedad en el Sol, así como también todos los demás planetas, todos en diversos grados según la masa y la distancia entre los cuerpos. Y va más allá de nuestro Sistema Solar, ya que en realidad, cada objeto que tiene masa en el Universo atrae a todos los demás objetos que tienen masa, nuevamente, todo en diversos grados en función de la masa y la distancia.
(Una demostración de la gravedad con bolas en una lámina de goma. Crédito: Universidad de Stanford)
Con su teoría de la relatividad, Albert Einstein explicó cómo la gravedad es más que una simple fuerza: es una curvatura en el continuo espacio-tiempo. Eso suena como algo sacado directamente de la ciencia ficción, pero en pocas palabras, la masa de un objeto hace que el espacio a su alrededor se doble y curve esencialmente. Esto a menudo se representa como una bola pesada sobre una lámina de goma, y otras bolas más pequeñas caen hacia el objeto más pesado porque la lámina de goma está deformada por el peso de la bola pesada.
En realidad, no podemos ver la curvatura del espacio directamente, pero podemos detectarlo en los movimientos de los objetos. Cualquier objeto ‘atrapado’ en la gravedad de otro cuerpo celeste se ve afectado porque el espacio por el que se mueve está curvado hacia ese objeto. Es similar a la forma en que una moneda descendería en espiral por una de esas máquinas ciclónicas de tragamonedas que se ven en las tiendas turísticas, o la forma en que las bicicletas giran en espiral alrededor de un velódromo.
(Una animación bidimensional de cómo funciona la gravedad. Vía Space Place de la NASA)
También podemos ver los efectos de la gravedad sobre la luz en un fenómeno llamado lente gravitacional. Si un objeto en el espacio es lo suficientemente masivo, como una galaxia grande o un cúmulo de galaxias, puede causar que un haz de luz recto se curve alrededor de él, creando un efecto de lente.
(Imágenes del telescopio espacial Hubble que muestran un efecto de lente gravitacional. Crédito: NASA / ESA)
Pero estos efectos, donde básicamente hay curvas, colinas y valles en el espacio, ocurren por razones que no podemos explicar completamente. Además de ser una característica del espacio, la gravedad también es una fuerza (pero es la más débil de las cuatro fuerzas), y también podría ser una partícula. Algunos científicos han propuesto partículas llamadas gravitones que hacen que los objetos se atraigan entre sí. Pero los gravitones nunca se han observado realmente. Otra idea es que las ondas gravitacionales se generan cuando un objeto es acelerado por una fuerza externa, pero estas ondas tampoco se han detectado directamente.
Nuestra comprensión de la gravedad se descompone tanto en lo muy pequeño como en lo muy grande: a nivel de átomos y moléculas, la gravedad simplemente deja de funcionar. Y no podemos describir el interior de los agujeros negros y el momento del Big Bang sin que las matemáticas se desmoronen por completo.
El problema es que nuestra comprensión tanto de la física de partículas como de la geometría de la gravedad es incompleta.
“Después de pasar de una comprensión básicamente filosófica de por qué las cosas caen a descripciones matemáticas de cómo las cosas se aceleran en las pendientes de Galileo, a las ecuaciones de Kepler que describen el movimiento planetario a la formulación de Newton de las Leyes de la Física, a las formulaciones de relatividad de Einstein, hemos estado construyendo y construyendo una visión más completa de la gravedad. Pero todavía no estamos completos “, dijo la Dra. Pamela Gay. “Sabemos que todavía debe haber alguna forma de unir la mecánica cuántica y la gravedad y poder escribir ecuaciones que describan los centros de los agujeros negros y los primeros momentos del Universo. Pero aún no hemos llegado allí.
Y así, el misterio permanece … por ahora.
Este video de “Física de minutos” ayuda a explicar lo que sabemos sobre la gravedad:
Aquí hay un artículo sobre la gravedad y la antimateria, y aquí hay un artículo sobre el descubrimiento de la gravedad. Este artículo reciente analiza cómo la última investigación analiza la física cuántica para explicar la gravedad.
Si desea obtener más información sobre Gravity, consulte The Constant Pull of Gravity: How Do It Work ?, y aquí hay un enlace a Gravity on Earth Versus Gravity in Space: What’s the Difference ?.
También hemos grabado un episodio completo de Astronomy Cast sobre Gravity. Escucha aquí, Episodio 102: Gravedad.
Para más lectura:
Astronomía de Cornell
UT-Knoxville
¡¡¡SALUD!!!
