Astrofotografía con DSLR

La gravedad, se define como la fuerza teórica de atracción que experimentan entre sí los objetos con masa.

Pero, ¿es esta ley tan simple?, ¿cuál es su mecanismo?. Hay que fijarse y darse cuenta que hablamos de “fuerza teórica”, Einstein demostró que se trata de una magnitud tensorial, un espejismo de una fuerza. En realidad la gravedad deforma el espacio, curvándolo, por lo que una masa (por ejemplo la Tierra), parece atraer al resto de cuerpos.

Newton describió cómo se comporta la gravedad, pero no planteó qué la provocaba, qué mecanismo era el responsable de que la gravedad actuara. Nadie ha proporcionado desde entonces ningún mecanismo, aunque hoy en día ya existen varias hipótesis.

¿Podemos entonces utilizar las matemáticas para describir la gravedad sin un mecanismo que la explique? Pues sí, y de hecho hay que hacerlo, porque de ese modo podemos descubrir más cosas sobre ella y sobre otras partes de la naturaleza.

Se han sugerido muchos mecanismos para la gravedad, pero ninguno de ellos ha conseguido describir el mecanismo de la gravedad sin predecir algún otro fenómeno que no exista (véase el famoso bosón de Higgs).

La gravedad, esa extraña fuerza

La gravedad es una fuerza extraña. Extraña porque no se parece en casi nada al resto de las fuerzas físicas conocidas. Por otro lado, existen analogías bastante fuertes con algunas fuerzas como la de la electricidad. La fuerza de la electricidad viene dad por una constante, con signo menos, multiplicada por el producto de las cargas, y varía de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, está dirigida en dirección opuesta: los iguales se repelen, justo al contrario que en la gravedad. Son dos tal vez dos coincidencias muy importantes, y de hecho, las teorías de campo unificado han intentado siempre unir gravedad y electricidad debido a estas semejanzas. El auténtico problema viene cuando medimos las intensidades relativas, la fuerza de la gravitación, es infinitamente más pequeña que la fuerza de la electricidad. De hecho, si escribimos la relación:

La diferencia es tan grande, que hay pocas constantes en la naturaleza que tengan que hacer uso de ese tipo de exponenciales.

Algunos han relacionado este número con la edad del Universo. Obviamente, no podemos estimar la edad del Universo en años, ya que los “años” son algo invención del hombre, no son naturales. Para ello, los científicos midieron el tiempo que tardaba la luz en atravesar un protón, el resultado se comparó con la edad del Universo y la relación fue de 10^-42. Si esto realmente es así, o es fruto de la casualidad, nadie puede estar seguro, pero si fuera cierto, estaríamos hablando de que la fuerza de la gravedad no sería constante con el tiempo. Aún no lo sabemos, porque para poder medir un cambio en la constante de gravitación universal tendrían que pasar muchos años.

La gravedad y la edad del Universo no están relacionados

Pero sí podemos mirar hacia atrás, e intentar verificar cuáles hubieran sido las consecuencias de que esto fuera verdad. Si esta constante estuviera relacionada con la edad del Universo pongamos un ejemplo:

Nos trasladamos a un periodo de tiempo situado en hace unos mil millones de años, en ese periodo, la edad del Universo era un 10% menor, por lo tanto la constante de gravitación debería haber cambiado también un 10%.

Resulta que si consideramos la estructura del Sol (balance entre masa de su material y el ritmo al que se genera energía), podemos deducir que, si la gravedad fuera un 10 por cien más intensa, el Sol sería mucho más que un 10 por 100 más brillante: el brillo sería la sexta potencia de la constante gravitatoria. Si calculamos lo que le sucede a la órbita de la Tierra cuando la gravedad está cambiando, encontramos que la Tierra habría estado entonces más cerca.

En conjunto y resumiendo, la Tierra estaría aproximadamente a 100 ºC de media. Nada de océanos líquidos, así que la vida no habría empezado en el mar, y posiblemente ni hubiera empezado.

Por estos motivos, se cree que la constante de gravitación no esté cambiando con la edad del Universo, aunque tales argumentos no son más que suposiciones y no demasiado concluyentes, podría haber muchos factores intercediendo.

Comparando la gravedad con otras fuerzas

Si comparamos la gravedad con otras fuerzas, como por ejemplo las interacciones nucleares, tampoco podemos explicar la gravitación. La mecánica cuántica aún no ha sido trasladada a la gravitación. Cuando la escala es tan pequeña que necesitamos los efectos cuánticos, los efectos gravitatorios son tan débiles que la necesidad de una teoría cuántica de la gravitación no ha sido desarrollada en la fecha actual.

Igual que Einstein postuló que las leyes de Newton eran incompletas, hace falta que alguien hoy en día nos diga qué le falta a la relatividad para explicar la gravedad.

Muchos científicos están a la espera de los resultados del LHC, en los que se cree que será posible detectar por primera vez un bosón de Higgs.

El bosón de Higgs es una partícula elemental hipotética, cuya existencia lleva predicha hace bastantes años por el modelo estándar de la física de partículas. El problema es que a día de hoy todavía no se ha podido detectar mediante ningún medio.

Descubrir el bosón de Higgs en el LHC, resolvería probablemente muchas dudas sobre la gravedad, ya que se supone que el rol de esta partícula es la formación de la masa de otras partículas elementales (fotones, bosones W y Z). Los fotones son los responsables de la interacción electromagnética y los bosones W y Z de la fuerza nuclear.

Tiempo al tiempo.