Tomás Mazón

El espacio y la gravedad

 

Uno puede acabar sus estudios de Bachillerato o incluso carreras técnicas en las que la Física es una asignatura obligatoria y lo que le hayan enseñado sobre la gravedad sea sólo lo que Newton descubrió en el s. XVII, es decir, la famosa Ley de la Gravitación Universal que describe matemáticamente cómo los cuerpos con masa se atraen entre sí, como una fuerza que depende de la distancia.

Esta Ley sencilla y elegante nos sirve todavía hoy para determinar con exactititud todo aquello que tenga que ver con la fuerza de la gravedad en lo cotidiano, e incluso para poner en órbita un satélite o para hacer un viaje a cualquier planeta del Sistema Solar. Describe con precisión lo que Newton observó en la Naturaleza.

Pero a principios del s. XX Albert Einstein propuso algo nuevo, radicalmente nuevo, guiado por una intuición genial y por unas matemáticas mucho más complejas, difíciles por cierto para ser enseñadas en una educación generalista no especializada. Desarrolló la idea de que las masas deforman el espacio a su alrededor. El espacio, algo sobre lo que no se había escrito mucho, pasa a tener entidad propia y resulta que es sensible a la presencia de una masa, que lo deforma. La fuerza de la gravedad es por tanto una ilusión y un efecto de la geometría. La Ley de la Gravitación Universal nos sigue funcionando pero es el propio espacio el que nos empuja hacia el suelo aquí en la superficie de la Tierra.

 

Esta idea revolucionaria ha sido ya demostrada ampliamente. Igual que con la ley de Newton, predice los efectos de la gravedad en nuestra vida cotidiana con precisión, pero además, explica cosas que observamos en el Universo que no encajarían con la Ley de la Gravitación Universal. La física newtoniana sigue sin embargo aplicándose en la mayor parte de nuestros cálculos por su mayor sencillez matemática.

 

Y os estaréis preguntando en qué no funciona bien la Ley de la Gravitación Universal. Pues se trata de aquello relacionado con la luz. Tenemos que hablar de ella.

La naturaleza de la luz es un asunto bastante comprometido. En realidad, sabemos de sus propiedades, pero si queremos determinar de qué se trata tenemos un problema de lo más embarazoso, puesto que en determinados aspectos se comporta como una onda, pero en otros lo hace como una partícula o una sucesión de partículas, dicho sea de paso, sin masa ni carga eléctrica. Esto sí se da en Bachillerato: la dualidad onda-corpúsculo de la luz, es decir, que para unas cosas diremos que es una onda, y para otras que es una partícula, llamada fotón. Hay múltiples experimentos que demuestran su validez en uno y otro sentido, y a pesar de los esfuerzos todavía hoy no tenemos una teoría que unifique ambos enfoques.

El caso es que para lo que aquí tratamos, la gravedad, la propiedad de la luz más importante es que no tiene masa. Por este motivo, según Newton, la luz no se vería afectada por la fuerza de la gravedad: puesto que no tiene masa, su trayectoria no será alterada al pasar junto a un cuerpo que sí la tenga. Sin embargo, según Einstein, el espacio alrededor del cuerpo con masa estaría deformado, lo cual haría que la luz sí se desviara de su trayectoria.

Poco después de que Einstein propusiera su teoría se produjo un eclipse de Sol que sirvió como primera evidencia experimental de que estaba en lo cierto. En un eclipse de Sol la Luna tapa el disco solar y desaparece así su intenso brillo, lo cual permite observar el fondo de estrellas muy cerca de él. El Sol, con una masa considerable, debería ser capaz de deformar el espacio significativamente y así, los rayos de luz provenientes de estrellas lejanas se desviarían. Las posiciones de las estrellas aparentaron cambiar -muy levemente, pero lo hicieron- lo cual dio a Einsten fama a nivel mundial y confirmó que, en efecto, la masa distorsiona el espacio.

 

Por otro lado, debemos comentar que la Teoría de Relatividad de Einstein demuestra muchas otras cosas, y por ellas deja de referirse al espacio como tal, ya que le añade el tiempo como otra dimensión geométrica más que está indisolublemente asociada a las tres dimensiones espaciales tradicionales de la geometría. A partir de Einstein hablaremos del espacio-tiempo. Einstein nos dice que la diferencia entre componentes espaciales y temporales sólo es relativa según el estado de movimiento del observador. Un tema aparte.

Volviendo a lo de antes, otra bonita demostración entre muchas otras de que la masa deforma el espacio-tiempo la encontramos en las lentes gravitacionales, predichas por Einstein y halladas a finales del s. XX. En la imagen de abajo vemos el conjunto de galaxias Abell 2218, en el cual entre una buena cantidad de galaxias de todo tipo vemos unos extraños arcos.

 

Pues bien, esos arcos contienen la luz distorsionada de galaxias aún más lejanas, cuya trayectoria se deforma por la gran deformación del espacio-tiempo que origina el grupo de galaxias en primer término.

Como os podréis imaginar, todo este tema da para mucho más que esta sencilla introducción. Einstein nos abrió los ojos a cosas fantásticas.