Bueno, parece que no hay problema con la gravedad. Lo último que escuché es que funciona maravillosamente, mantiene unido el universo. El problema es con nosotros. No lo hemos entendido completamente.
La ley de gravitación universal de Newton establece que dos cuerpos del universo se atraen entre sí con una “fuerza” que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. Por ejemplo, la Tierra ejerce una fuerza gravitacional sobre la Luna, y la Luna retrocede a la Tierra a cambio. Este “modelo de fuerza” de la gravedad se mantuvo como la teoría definitiva de la gravedad durante más de 200 años, y todavía se utiliza hasta nuestros días. Pero hay algunos problemas con esta teoría. Uno de los problemas con este modelo de fuerza es que requiere objetos masivos para ejercer fuerzas sobre otros objetos masivos a través del espacio vacío.
Supongamos que el universo contiene un solo objeto enorme, masivo, con un espacio vacío que se extiende alrededor de ese objeto hasta el infinito. Si la gravedad es realmente una fuerza de un objeto sobre otro objeto, entonces no habrá gravedad. No hay otra masa para la interacción, por lo que no habrá fuerza gravitacional. Pero, en el momento en que agreguemos otro objeto masivo al universo, entonces las dos masas ejercerán una fuerza entre sí, y aparecerá la gravedad. Incluso entonces, la gravedad solo existiría entre estos dos objetos, y en ningún otro lugar del universo. Eso no parece correcto.
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Este problema fue resuelto en parte a principios de 1800 por Pierre-Simon Laplace (1749-1827), un matemático francés. Su idea era que para aplicar una “fuerza” sobre otro objeto, el objeto debe llegar a otras masas con algún tipo de energía, o un “campo”. Otras masas sentirían este campo como una fuerza que actúa sobre ellos. Entonces, una vez más, si imaginamos nuestro único objeto masivo en un universo solitario, diríamos que había un “campo gravitacional” alrededor de este objeto, incluso si no hubiera otras masas en el universo. Puede ver ahora, si agregamos otro objeto masivo al universo, simplemente detecta cualquier campo gravitacional que ya esté en su ubicación y experimenta la fuerza. Después de todo, estos campos se utilizan para describir la electricidad y el magnetismo, por lo que podemos tratar la gravedad newtoniana también como un campo.
Pero esto llevó a otro problema. Supongamos que en nuestro ejemplo anterior, de repente alejamos la masa más grande a cierta distancia. ¿Cuánto tiempo tardará un objeto más pequeño en reaccionar ante tal cambio? La velocidad de la gravedad no se ha medido directamente en el laboratorio: la interacción gravitacional es demasiado débil y dicho experimento está más allá de las capacidades tecnológicas actuales. Laplace descubrió que los cambios en el campo gravitacional ocurrieron al instante. En otras palabras, la velocidad de la gravedad debería ser infinita. Si no, hay otros problemas que resolver. Por ejemplo, incluso si la gravedad viajara a la velocidad de la luz, la Tierra orbitaría el punto donde estaba el Sol hace 8.3 minutos, lo que provocaría que la órbita de la Tierra se volviera inestable. Esto se debe a que la luz solar tarda 8.3 minutos en viajar a la Tierra, por lo que la gravedad también tomaría la misma cantidad de tiempo.
Ref: ¿Cómo Gravity Escape un agujero negro?
Considerando esto, la comunidad científica de ese período aceptó que la gravedad actuaba a una velocidad infinita. Pero a principios del siglo XX, Einstein desarrolló su Teoría especial de la relatividad, según la cual el universo tenía un “límite de velocidad” y nada podía viajar más rápido que la luz. Si eso era aceptable, entonces había algo mal con la teoría de la gravedad. Trabajando en ello, en 1915 Einstein había desarrollado un nuevo modelo de gravedad conocido como Teoría de la relatividad general, que satisfizo tanto el modelo gravitacional de Newton como la relatividad especial.
Parecía que estábamos de vuelta a Square-A. Si la gravedad viaja a la velocidad de la luz, significa que las órbitas planetarias deberían ser inestables, como se señaló anteriormente. Afortunadamente no. Laplace consideró solo el efecto de la velocidad de la gravedad, que condujo a la posible inestabilidad de las órbitas planetarias, pero en la relatividad especial y general, la velocidad finita de la luz conduce a otros efectos, como la “dilatación del tiempo” y el aparente “cambio de masa”. “debido al movimiento relativo. Además, en la relatividad general, la gravedad no es un campo de energía o una fuerza. En cambio, la masa simplemente perturba las relaciones entre el espacio y el tiempo. Por lo tanto, aunque medimos la velocidad de la gravedad como igual a la velocidad de la luz, las interacciones entre las masas ocurren instantáneamente. (Personalmente, creo que debido a que el tiempo y la velocidad se vuelven cero para cualquier cosa que viaje a la velocidad de la luz, las interacciones gravitacionales ocurren instantáneamente en cualquier parte del universo)
Ahora, si volvemos a nuestro ejemplo anterior y colocamos el objeto masivo en un universo vacante, las relaciones de espacio y tiempo a su alrededor se distorsionan. Cuando colocamos otro objeto masivo cerca, debido a la distorsión del espacio-tiempo a su alrededor, el más pequeño de los dos se mueve hacia el objeto más grande. Parece que el objeto más pequeño está siendo atraído hacia el objeto más grande. pero en realidad se debe al hecho de que el espacio-tiempo está distorsionado.
Como un físico comentó una vez: “La materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse. El espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse ” (Esto se atribuye a John Wheeler pero no encontré ninguna referencia)
