La fuerza de la gravedad
Portal de ciencia y astronomía
· La gravedad es una de las fuerzas fundamentales de la física y aunque conocemos casi todos los efectos, sabemos muy poco de su origen y la mecánica de su propagación.
Lee otros capítulos del ► Libro de física cuántica para principiantes
Descubre otras secciones apasionantes ► Del interior del átomo al infinito universo
25/11/2024 ― La enigmática gravedad es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza que ha desconcertado a la humanidad desde hace milenios. Te voy a hacer un recorrido desde los inicios hasta las teorías sobre la gravedad más recientes, con especial interés sobre cómo se produce la gravedad y por qué sigue siendo, en parte, un misterio.
Descripción de las diferentes teorías de la gravedad
A lo largo de la historia, algunas mentes brillantes han desarrollado estudios y teorías sobre la gravedad. Entre ellas destacan las aportaciones de Newton y la Teoría de la Relatividad General de Einstein. Sin embargo, hasta ahora, ninguna teoría había planteado el origen de la gravedad o explicado cómo se genera esta fuerza fundamental.
En 2024 se publicó el libro Por qué brillan las estrellas, que presenta una interesante teoría sobre el origen de la gravedad. Según este ensayo científico, la fuerza gravitatoria se genera gracias al movimiento rotacional del núcleo de los átomos a una velocidad infinita (v∞).
El libro introduce al lector en los fundamentos de la física cuántica con un lenguaje accesible, desarrollando aspectos clave del átomo, como la luz, el magnetismo, la gravedad y los enigmas de las estrellas.
Puede leer más información en Amazon ► Física cuántica para principiantes
Historia del concepto de gravedad
En las civilizaciones antiguas, no existía una comprensión científica de la gravedad. Sin embargo, el griego Aristóteles pensaba que los objetos caen hacia la Tierra porque buscan su «lugar natural».
Las culturas orientales y otras interpretaban los movimientos de los cuerpos celestes en términos religiosos o místicos.
Revolución científica y las leyes de Newton
En el siglo XVII, Isaac Newton formuló la Ley de Gravitación Universal. Según esta, la gravedad es una fuerza que actúa a distancia, atrayendo dos masas proporcionalmente a sus masas e inversamente al cuadrado de la distancia entre ellas. F = G * (m1 * m2) / r²
Esta teoría explicó los movimientos de los planetas gracias a las observaciones de Kepler y Galileo y los objetos terrestres, pero no resolvió cómo se produce la gravedad. La «acción a distancia» fue una idea aceptada, pero no explicada.
Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein
En 1915 Einstein revolucionó nuestra comprensión de la gravedad. Según su teoría, la gravedad no es una fuerza, sino una curvatura del espacio-tiempo causada por la presencia de masa y energía. Los objetos con masa deforman el espacio-tiempo a su alrededor, y otros objetos «siguen» esa curvatura.
Imagina una bola pesada sobre una cama elástica: las deformaciones provocadas por la bola hacen que otras bolas rueden hacia ella. Algo similar ocurre con el espacio-tiempo, pero en cuatro dimensiones.
Este modelo superó al de Newton, especialmente en casos extremos como las órbitas de Mercurio o los agujeros negros. Sin embargo, Einstein no respondió por completo cómo se genera la gravedad en términos fundamentales.
Cómo se produce la gravedad: estudios actuales
En la física cuántica, las otras fuerzas fundamentales ―electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte― son explicadas por partículas mediadoras, como el fotón para el electromagnetismo. Para la gravedad, se supone la existencia del gravitón, una partícula hipotética que mediaría la interacción gravitatoria. Sin embargo, hasta ahora no se ha detectado experimentalmente.
La gravedad como pensamiento emergente
Algunos físicos suponen que la gravedad podría ser un fenómeno emergente y no una interacción fundamental. Es decir, podría surgir de procesos más básicos que aún no entendemos, como las propiedades cuánticas del espacio-tiempo.
Teoría de Cuerdas en el fenómeno de la gravedad
La teoría de cuerdas intenta unificar la gravedad con las otras fuerzas fundamentales. Propone que las partículas elementales no son puntos, sino pequeñas «cuerdas» vibrantes. La gravedad podría ser una manifestación de ciertas vibraciones específicas de estas cuerdas. Aunque prometedora, la teoría aún carece de pruebas experimentales.
Gravedad y la energía oscura
La aceleración del universo plantea nuevas preguntas. La gravedad en escalas cósmicas no se comporta siempre como se espera, lo que ha llevado a teorías alternativas como la modificación de la relatividad general o la influencia de la energía oscura.
Lo que sabemos sobre la fuerza de la gravedad
La gravedad está relacionada con la curvatura del espacio-tiempo.
Describe el movimiento de objetos, desde planetas hasta agujeros negros.
Es la fuerza que estructura el cosmos, desde la formación de galaxias hasta el Big Bang.
Lo que no conocemos sobre la energía de la gravedad
Origen fundamental: ¿Qué es exactamente la gravedad? ¿Es un campo cuántico? ¿Una curvatura emergente? Aún no hay consenso.
Unificación: No se ha logrado integrar la gravedad con la mecánica cuántica, un problema básico en la física moderna.
La partícula gravitón: Nunca ha sido detectada, si es que existe.
Reflexión sobre el conocimiento actual
En definitiva, la gravedad es una de las fuerzas más conocidas y al mismo tiempo una de las más misteriosas. Sabemos cómo describirla y cómo actúa, pero su origen profundo sigue siendo objeto de investigación. ¿Podría ser algo que trascienda nuestra comprensión actual de la física? La respuesta podría redefinir nuestra visión del universo. Ante este dilema, quizá sea interesante analizar la propuesta que hace el autor descrito en el ensayo de física cuántica Por qué brillan las estrellas.
¿Si el Sol posee una gran gravedad, por qué no atrae y colapsa todos los planetas?
El Sol tiene una gran gravedad debido a su enorme masa, pero los planetas no colapsan hacia él gracias a una delicada interacción entre la atracción gravitatoria y el movimiento orbital. A continuación, te desarrollo cómo funciona este equilibrio.
La gravedad del Sol atrae a los planetas
La fuerza gravitatoria del Sol actúa constantemente sobre los planetas, tirando de ellos hacia su centro. Sin esta fuerza, los planetas simplemente se moverían en línea recta, siguiendo la primera ley del movimiento de Newton.
El movimiento orbital de los planetas
Los planetas tienen una velocidad tangencial, es decir, se mueven «hacia adelante» en el espacio. Este movimiento es resultado del momento angular adquirido durante la formación del sistema solar.
La combinación equilibrada de la gravedad del Sol, que tira hacia el centro y el movimiento tangencial de los planetas, que tiende a alejarlos, crea una órbita elíptica o casi circular. Es el mismo principio por el cual una piedra atada a una cuerda puede girar alrededor de tu mano sin caer hacia ella ni escapar.
¿Por qué no colapsan los planetas contra el Sol?
Para que un planeta colapsara hacia el Sol, tendría que perder su velocidad tangencial. Pero eso no ocurre por la conservación del momento angular: En ausencia de fuerzas externas significativas, el momento angular de un sistema permanece constante.
También por el equilibrio orbital. A la distancia de los planetas del Sol, la gravedad es lo suficientemente fuerte para mantenerlos en órbita, pero no tanto como para arrastrarlos hacia el colapso.
Interacciones gravitatorias y estabilidad del sistema solar
Aunque el sistema solar es estable en escalas de tiempo humanas, no es perfecto. Los planetas se afectan mutuamente, pero estas perturbaciones son pequeñas en comparación con la fuerza ejercida por el Sol. A escalas de miles de millones de años, pequeñas variaciones podrían alterar las órbitas, pero no es algo que conduzca necesariamente a un colapso.
Ejemplo de colapso: agujeros negros
Si el Sol fuera un agujero negro, mantendría la misma gravedad a una distancia equivalente, y los planetas seguirían en órbita. El colapso gravitacional ocurre cuando un objeto cruza un límite crítico ―el horizonte de eventos―, pero esto no sucede en el caso del Sol porque su densidad no es lo suficientemente alta como para colapsar en un agujero negro.
Ahora ya conoces por qué los planetas no colapsan hacia el Sol, su velocidad orbital crea un equilibrio entre la fuerza gravitatoria que los atrae y su tendencia a seguir una trayectoria recta. Este delicado equilibrio es lo que mantiene al sistema solar estable y funcionando como un «reloj cósmico».
Si te has quedado con ganas de más, mira otras secciones ► Portal ciencia y los avances tecnológicos
Te propongo este artículo:
Importancia de los escritores científicos para la divulgación del conocimiento ― Los divulgadores científicos desempeñan un papel importante en la sociedad al hacer fáciles conceptos complejos al público general. Facilitan la comprensión de avances tecnológicos y científicos, desarrollando el pensamiento crítico y la curiosidad. Además, inspiran nuevas generaciones de investigadores, acercan la ciencia a la cultura y contribuyen a la toma de decisiones informadas en un mundo cada vez más dependiente del conocimiento científico.
1003 - Innovación y creatividad es la base de la ciencia y la tecnología ya que fomentan la innovación y la creatividad al proporcionar herramientas y plataformas para la expresión y la resolución de problemas.
♦ Quizá te interese conocer ►
El año 2025 será un referente en el conocimiento de la física cuántica ― El año 2025 promete avances revolucionarios en física cuántica, con aplicaciones prácticas en computación, criptografía y materiales innovadores. La colaboración global impulsará investigaciones en entrelazamiento cuántico y teleportación, acercándonos a tecnologías disruptivas. Este periodo será un referente para consolidar el conocimiento cuántico y su integración en la vida cotidiana, transformando industrias clave y nuestro entendimiento del universo.
Imagínate que la gravedad se transmitiera instantáneamente y a velocidades superiores a la luz. Esto cambiaría radicalmente la forma en que entendemos el universo y la relatividad. La interacción gravitacional entre cuerpos celestes se produciría sin retardo, alterando la dinámica de los sistemas estelares y permitiendo influencias en escalas temporales muy cortas. Sin embargo, ello generaría conflictos con principios fundamentales de la física moderna, como la causalidad y la velocidad límite de la luz, lo que implicaría revisar profundamente nuestras teorías sobre el espacio, el tiempo y la naturaleza de la gravedad. Este escenario desafiaría nuestra comprensión actual del cosmos.