La gravedad es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo, junto con el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. A pesar de ser omnipresente e importante para evitar que nuestros pies salgan volando de la Tierra, la gravedad sigue siendo, en gran parte, un enigma para los científicos.
Los antiguos eruditos que trataban de describir el mundo dieron sus propias explicaciones de por qué las cosas caen hacia el suelo. El filósofo griego Aristóteles sostenía que los objetos tienen una tendencia natural a moverse hacia el centro del universo, que él creía que era el centro de la Tierra, según el físico Richard Fitzpatrick, de la Universidad de Texas.
Pero figuras posteriores desplazaron a nuestro planeta de su posición primaria en el cosmos. El polímata polaco Nicolás Copérnico se dio cuenta de que las trayectorias de los planetas en el cielo tienen mucho más sentido si el sol es el centro del sistema solar. El matemático y físico británico Isaac Newton amplió las ideas de Copérnico y razonó que, como el sol tira de los planetas, todos los objetos ejercen una fuerza de atracción entre sí.
En su famoso tratado de 1687 «Philosophiae naturalis principia mathematica», Newton describió lo que hoy se llama su ley de la gravitación universal. Se suele escribir como
Fg = G (m1 ∙ m2) / r2
Donde F es la fuerza de gravedad, m1 y m2 son las masas de dos objetos y r es la distancia entre ellos. G, la constante gravitatoria, es una constante fundamental cuyo valor debe descubrirse mediante la experimentación.
La gravedad es poderosa, pero no tanto
La gravedad es la más débil de las fuerzas fundamentales. Un imán de barra tirará electromagnéticamente de un sujetapapeles hacia arriba, superando la fuerza gravitatoria de toda la Tierra sobre la pieza de equipo de oficina. Los físicos han calculado que la gravedad es 10^40 (es el número 1 seguido de 40 ceros) veces más débil que el electromagnetismo, según Nova de PBS.
Mientras que los efectos de la gravedad pueden verse claramente a escala de cosas como planetas, estrellas y galaxias, la fuerza de la gravedad entre objetos cotidianos es extremadamente difícil de medir. En 1798, el físico británico Henry Cavendish llevó a cabo uno de los primeros experimentos de alta precisión del mundo para tratar de determinar con exactitud el valor de G, la constante gravitatoria, según se recoge en la revista Proceedings of the National Academy of Science’s Front Matter.
Cavendish construyó lo que se conoce como una balanza de torsión, fijando dos pequeñas bolas de plomo a los extremos de una viga suspendida horizontalmente por un fino cable. Cerca de cada una de las pequeñas bolas, colocó un gran peso esférico de plomo. Las pequeñas bolas de plomo eran atraídas gravitacionalmente por las pesas de plomo pesadas, lo que hacía que el alambre se retorciera un poco y le permitiera calcular G.
Sorprendentemente, la estimación de Cavendish para G se alejó sólo un 1% de su valor aceptado hoy en día de 6,674 × 10^-11 m^3/kg^1 * s^2. La mayoría de las demás constantes universales se conocen con mucha más precisión, pero como la gravedad es tan débil, los científicos deben diseñar equipos increíblemente sensibles para intentar medir sus efectos. Hasta ahora, el valor más preciso de G ha eludido su instrumentación.
El físico germano-estadounidense Albert Einstein provocó la siguiente revolución en nuestra comprensión de la gravedad. Su teoría de la relatividad general demostró que la gravedad surge de la curvatura del espacio-tiempo, lo que significa que incluso los rayos de luz, que deben seguir esta curvatura, son doblados por objetos extremadamente masivos.
Las teorías de Einstein sirvieron para especular sobre la existencia de los agujeros negros, entidades celestes con tanta masa que ni siquiera la luz puede escapar de su superficie. En las proximidades de un agujero negro, la ley de la gravitación universal de Newton ya no describe con exactitud el movimiento de los objetos, sino que priman las ecuaciones del campo tensorial de Einstein.
Desde entonces, los astrónomos han descubierto agujeros negros reales en el espacio, e incluso han conseguido tomar una foto detallada del colosal que vive en el centro de nuestra galaxia. Otros telescopios han visto los efectos de los agujeros negros en todo el universo.
La aplicación de la ley gravitatoria de Newton a objetos extremadamente ligeros, como personas, células y átomos, sigue siendo una frontera poco estudiada, según Minute Physics. Los investigadores suponen que estas entidades se atraen entre sí utilizando las mismas reglas gravitatorias que los planetas y las estrellas, pero como la gravedad es tan débil, es difícil saberlo con seguridad.
Quizá los átomos se atraigan gravitatoriamente a razón de uno sobre su distancia al cubo en lugar de al cuadrado, pero nuestros instrumentos actuales no tienen forma de saberlo. Podríamos acceder a nuevos aspectos ocultos de la realidad si pudiéramos medir esas diminutas fuerzas gravitatorias.
Una fuerza perpetua de misterio
La gravedad también deja perplejos a los científicos en otros aspectos. El Modelo Estándar de la física de partículas, que describe las acciones de casi todas las partículas y fuerzas conocidas, deja fuera la gravedad. Mientras que la luz es transportada por una partícula llamada fotón, los físicos no saben si existe una partícula equivalente para la gravedad, que se llamaría gravitón.
Reunir la gravedad en un marco teórico con la mecánica cuántica, el otro gran descubrimiento de la comunidad física del siglo XX, sigue siendo una tarea inacabada. Es posible que esa teoría del todo, tal y como se conoce, nunca llegue a realizarse.
Pero la gravedad ha servido para descubrir hallazgos monumentales. En los años 60 y 70, los astrónomos Vera Rubin y Kent Ford demostraron que las estrellas de los bordes de las galaxias orbitaban más rápido de lo que debería ser posible. Era casi como si una masa invisible tirara de ellas gravitatoriamente, sacando a la luz un material que ahora llamamos materia oscura.
En los últimos años, los científicos también han conseguido captar otra consecuencia de la relatividad de Einstein: las ondas gravitacionales emitidas cuando objetos masivos como las estrellas de neutrones y los agujeros negros giran unos alrededor de otros. Desde 2017, el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) ha abierto una nueva ventana al universo al detectar la señal extremadamente débil de estos eventos.
Traducido desde: livescience
