Gravedad según Newton
“Según la imagen relativamente simple de Newton, la gravedad es una fuerza que funciona entre dos objetos”, dice Sathyaprakash. “Entonces, si tienes la Tierra y el Sol, por ejemplo, entonces la Tierra siente una fuerza ejercida por el Sol y, a su vez, el Sol siente la misma fuerza, ejercida por la Tierra”. La magnitud de esta fuerza está dada por la ley del cuadrado inverso familiar.
Las fuerzas experimentadas por la Tierra y el Sol pueden ser de igual magnitud, pero el movimiento resultante no es el mismo para los dos cuerpos. De acuerdo con la segunda ley del movimiento de Newton, la magnitud de la aceleración que experimenta un cuerpo cuando está sometida a una fuerza es igual a la magnitud de la fuerza dividida por la masa del cuerpo. Dado que la masa del Sol es grande, la aceleración que experimenta debido a la fuerza gravitatoria de la Tierra es insignificante en comparación con la experimentada por la Tierra mucho menos masiva. Es por eso que el Sol permanece más o menos estacionario, mientras que la Tierra es forzada en una órbita a su alrededor.
La teoría de la gravedad de Newton, publicada en 1687, es notablemente precisa cuando se trata de los propósitos más prácticos, y no se enfrentó durante más de 300 años. Sin embargo, cuando Einstein desarrolló su teoría de la relatividad especial en 1905, surgieron problemas. “Según la teoría de Newton, la interacción gravitatoria es instantánea. Supongamos que el Sol se desvaneciera del horizonte hoy. No notaremos su desaparición de inmediato solo con mirar el Sol, porque la luz tarda algún tiempo en viajar. Pero de acuerdo con la gravedad de Newton, el efecto de la desaparición del Sol se sentiría de inmediato, ya que la Tierra volaría en dirección tangencial a su trayectoria original “. La teoría de la relatividad especial de Einstein, sin embargo, afirma que nada, ni siquiera la información, puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. “Es posible usar la analogía del Sol que se desvanece para construir telégrafos gravitacionales [teóricos] que transmitirían información instantáneamente, y eso, según Einstein, es imposible. Esa es la razón por la que Einstein tuvo que reformular la teoría de la gravedad”. Einstein publicó su reformulación en 1916, bajo el nombre de relatividad general.
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Gravedad según Einstein
“La teoría de la relatividad general de Einstein ya no considera la gravedad como una fuerza, sino que reemplaza el concepto de fuerza por el de la geometría”, dice Sathyaprakash. De acuerdo con la relatividad general, los objetos masivos curvan la geometría del espacio, y los caminos que los objetos en movimiento toman a través del espacio son el resultado de esta curvatura. Una analogía que se usa con frecuencia es la de una bola de bolos colocada en un trampolín: la bola creará un chapuzón en el trampolín, curvando su superficie, de modo que una canica colocada cerca rodará hacia el baño. El movimiento del mármol no es el resultado de una fuerza atractiva ejercida por la pelota, sino el resultado de la curvatura de la superficie sobre la que se mueve. La analogía es un poco torpe, ya que es la gravedad de la Tierra, y no la de la bola de bolos, lo que crea la caída en el trampolín cuando la bola de bolos se tira al piso. “Realmente deberíamos salir de esta analogía e intentar imaginar el espacio tridimensional completo, así como el tiempo, como algo curvo”, dice Sathyaprakash. “Es debido a esta curvatura que los planetas se mueven a lo largo de las órbitas curvas, en lugar de las líneas rectas”.
Gravedad de Einstein:
Según la teoría general de la relatividad de Einstein, los objetos masivos se curvan en el espacio-tiempo. Imagen cortesía de la NASA.
En nuestro propio sistema solar, la curvatura del espacio, o más bien del espacio-tiempo, ya que los dos están inseparablemente vinculados, se debe principalmente al Sol y, en menor medida, a Júpiter, que es el siguiente en línea en términos de masa. Y como estos dos cuerpos se mueven, aunque solo sea muy ligeramente en el caso del Sol, el resultado es un sistema dinámico en el que la curvatura varía continuamente a medida que los objetos masivos se mueven alrededor del espacio-tiempo. “Hay una famosa frase acuñada por John Archibald Wheeler: la masa le dice al espacio-tiempo cómo se curva y el espacio-tiempo le dice a la masa cómo moverse. La dinámica de las ecuaciones de Einstein, la forma en que funcionan estas ecuaciones, están encapsuladas en esta famosa frase”.