Probablemente no le cayó realmente una en la cabeza a Sir Isaac Newton en 1665, dejando caer la iluminación sobre la naturaleza de los cuerpos que caen. Y ya que estás, olvida lo que aprendiste sobre la gravedad en la escuela. No es así como funciona realmente. Pero no te fíes de nuestra palabra. Dejemos que los principales contendientes en la historia de la teoría gravitacional se enfrenten entre sí.
Ronda 1: Newton
«La gravedad realmente existe», declaró Newton en 1687. «actúa según las leyes que hemos explicado, y sirve abundantemente para explicar todos los movimientos de los cuerpos celestes». Antes de Newton, nadie había oído hablar de la gravedad, y mucho menos del concepto de una ley universal.
La Universidad de Cambridge, donde Newton estudiaba, fue cerrada debido a la peste en 1665. Al encontrar un respiro en la casa de su infancia, el joven de 23 años se sumergió en meses de febril lluvia de ideas matemáticas. Esto, además de un dudoso descenso de manzanas en el huerto trasero, sentó las bases de su obra maestra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. En Principia, Newton describió la gravedad como una fuerza siempre presente, un tirón que todos los objetos ejercen sobre los objetos cercanos. Cuanto más masa tiene un objeto, más fuerte es su tirón. El aumento de la distancia entre dos objetos debilita la atracción.
Las explicaciones matemáticas de Principia sobre estas relaciones eran sencillas y extremadamente prácticas. Con sus ecuaciones, Newton pudo explicar por primera vez por qué la Luna se mantiene en órbita alrededor de la Tierra. Hasta el día de hoy, utilizamos las matemáticas de Newton para predecir la trayectoria de un lanzamiento de softball o de los astronautas que aterrizan en la Luna. De hecho, todas las observaciones cotidianas de la gravedad en la Tierra y en los cielos pueden explicarse con bastante precisión con la teoría de Newton.
De acuerdo, nos lo creemos. Pero, ¿cómo funciona?
¿Hola?
Silencio desde la esquina del anillo de Newton.
La verdad es que Newton podía describir la gravedad, pero no sabía cómo funcionaba. «La gravedad debe ser causada por un agente que actúa constantemente según ciertas leyes», admitió. «Pero si este agente es material o inmaterial, lo he dejado a la consideración de mis lectores»
Durante 300 años, nadie se planteó realmente cuál podría ser ese agente. Tal vez cualquier posible contendiente se sintió intimidado por el genio de Newton. El hombre inventó el cálculo, por el amor de Dios.
Ding. Ronda 2: Einstein
Aparentemente Albert Einstein no se sintió intimidado. Incluso se disculpó. «Newton, perdóname», escribió en sus memorias. «Encontraste el único camino que, en tu época, era apenas posible para un hombre de altísimo pensamiento y poder creativo»
© Einstein Archives Hebrew University of Jerusalem
En 1915, después de ocho años de ordenar sus pensamientos, Einstein había soñado (literalmente – no tenía precursores experimentales) un agente que causaba la gravedad. Y no era simplemente una fuerza. Según su teoría de la relatividad general, la gravedad es mucho más extraña: una consecuencia natural de la influencia de una masa en el espacio.
Einstein estaba de acuerdo con Newton en que el espacio tenía dimensión: anchura, longitud y altura. El espacio podía estar lleno de materia, o no. Pero Newton no creía que el espacio se viera afectado por los objetos que había en él. Einstein sí. Teorizó que una masa puede producir mucho espacio. Puede deformarlo, doblarlo, empujarlo o tirar de él. La gravedad era sólo un resultado natural de la existencia de una masa en el espacio (Einstein, con su Teoría Especial de la Relatividad de 1905, añadió el tiempo como una cuarta dimensión al espacio, llamando al resultado espacio-tiempo. Las grandes masas también pueden deformar el tiempo acelerándolo o ralentizándolo).
Se puede visualizar la curvatura de la gravedad de Einstein pisando un trampolín. Tu masa provoca una depresión en el tejido elástico del espacio. Haz rodar una pelota más allá de la urdimbre a tus pies y se curvará hacia tu masa. Cuanto más pesado seas, más doblarás el espacio. Fíjate en los bordes del trampolín: la deformación disminuye cuanto más te alejas de tu masa. Así, se explican las mismas relaciones newtonianas (y se predicen matemáticamente con mayor precisión), pero a través de una lente diferente de espacio alabeado. Toma eso, Newton, dice Einstein. Con pesar.
La teoría de Einstein también hizo un agujero triunfal en la lógica de Newton. Si, como afirmaba Newton, la gravedad era una fuerza constante e instantánea, la información sobre un cambio repentino de masa tendría que comunicarse de alguna manera en todo el universo a la vez. Esto no tenía mucho sentido para Einstein. Según su razonamiento, si el Sol desapareciera repentinamente, la señal para que los planetas dejaran de orbitar tendría lógicamente que llevar algún tiempo de viaje. Y definitivamente tardaría más en llegar a Plutón que a Marte. No hay nada universalmente instantáneo al respecto.
¿Qué propuso Einstein como el agente de comunicación que faltaba? De nuevo, su muy útil urdimbre espacial. Al igual que una piedra arrojada a un estanque, un cambio de masa causará una onda en el espacio que viajará desde su origen en todas las direcciones a la velocidad de la luz. A medida que se desplaza, la ondulación aprieta y estira el espacio. Llamamos a esta perturbación onda gravitacional.
Con este golpe final, la Relatividad General de Einstein explicaba todo lo que hacía la teoría de Newton (y algunas cosas que no hacía), y mejor. «Estoy plenamente satisfecho», dijo Einstein en 1919. «Ya no dudo de la corrección de todo el sistema»
En este asalto, victoria para Einstein.
Ding. Ronda 3: La próxima ola
Einstein puede haber predicho las ondas gravitacionales, pero tenía poca fe en que los científicos las detectaran. Las ondas gravitacionales aprietan y estiran el espacio sólo un poco. De hecho, es ridícula, horrible y casi imposiblemente pequeña: una distancia cientos de millones de veces menor que la de un átomo.
Hasta ahora, Einstein ha tenido razón. Han pasado ocho décadas desde que introdujo la Relatividad General, y aún no se ha detectado una onda gravitacional. No fue hasta 1974 que los científicos se acercaron. Ese año dos radioastrónomos, Joseph Taylor y Russell Hulse, estaban analizando un par de estrellas de neutrones (estrellas superdensas colapsadas) que orbitan entre sí. Hulse y Taylor se dieron cuenta de que las órbitas se aceleraban a la velocidad que Einstein predijo que ocurriría si el sistema generaba realmente ondas gravitacionales. Se trataba de la primera prueba indirecta de la existencia de ondas gravitacionales, pero las propias ondas no se midieron directamente.
Aunque cualquier objeto puede generar ondas gravitacionales, sólo los extremadamente masivos producen deformaciones del espacio lo suficientemente grandes como para medirlas. Tales cambios gigantescos de masa sólo se encuentran en el espacio, como las estrellas de neutrones en órbita, los agujeros negros en colisión o las supernovas. Los investigadores buscan ahora las ondas que emanan de estas fuentes con uno de los instrumentos científicos más precisos jamás fabricados: LIGO, el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser. LIGO es gigantesco, inteligente y de aspecto extraño, y su desarrollo ha costado más de 365 millones de dólares y 30 años. Su capacidad para medir distancias infinitesimales podría ayudar a poner el «descubrimiento» de las ondas gravitacionales en la portada de todos los periódicos en cualquier momento y anunciar el próximo gran asalto en nuestra comprensión de la gravedad.
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Línea de tiempo de la historia gravitacional
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