Cuando Sócrates dijo esta frase no se refería a que él fuese un ignorante sino que entendiendo todo lo que desconocía, sabía que no sabía nada y eso es precisamente lo que a mí me pasa con la fuerza de la gravedad.

Desde que estudiaba bachillerato siempre me dijeron que la gravedad era una fuerza de atracción que se ejerce entre todos los objetos, tanto los de la Tierra como los del Universo, y me enseñaron las leyes de Newton en las que se establecían los conceptos de inercia, fuerza y acción y reacción

Finalmente entendí la ley de gravitación universal que describe cómo los cuerpos se atraen entre sí, y que afirma que la fuerza de la gravedad es proporcional al producto de dos masas (m1 y m2) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (r) entre sus centros de masa. 

  siendo G  un valor llamado constante de gravitación. Esta fórmula nos dice que podemos obtener la fuerza de la gravedad entre dos objetos dividiendo el producto de sus masas por el cuadrado de la distancia entre sus centros, y multiplicando este cociente por G, una constante equivalente a la magnitud de la fuerza entre dos cuerpos de 1 kilogramo separados 1 metro. La fuerza obtenida es de tan sólo 0.000000000066742 N En notación científica, 

G = 6,67 × 10^-11 N • m²/kg² 

Paradójicamente la exactitud del valor de G es la que ofrece menos garantías, y ello por lo relativamente débil que resulta ser la gravedad. Su valor fue calculado por separado, por primera vez, por Henry Cavendish, hacia 1795 (unos 70 años después de la muerte de Newton) midiendo la pequeña fuerza entre masas de plomo, con una balanza de torsión muy sensible. Posteriormente fue medido por Phillipp von Jolly, de una manera más sencilla fijando un frasco esférico con mercurio a un brazo de una balanza sensible
  

Después de poner en equilibrio la balanza, hizo rodar bajo el frasco de mercurio una esfera de plomo de 6.000 kg de masa. La fuerza gravitacional entre las dos masas era igual al peso que, para restaurar el equilibrio, había puesto en el platillo opuesto de la balanza. Como conocía los valores de m₁, m₂, F  y d sólo tenía que despejar G de la fórmula

G = F / m₁m₂/d² = 6,67 × 10^-11 N • m²/kg²). 

Sea como sea, la gravitación es el «cemento del Universo» y gracias a ella, un planeta o una estrella mantiene unidas sus partes, los planetas giran alrededor del Sol sin escaparse, y el Sol permanece dentro de la Vía Láctea. Si llegara a desaparecer esa fuerza gravitacional, la Tierra se despedazaría, el Sol y todas las estrellas se diluirían en el espacio cósmico y sólo quedaría materia uniformemente distribuida por todo el Universo. Afortunadamente, la gravedad ha permanecido inmutable desde que se formó el Universo y es una propiedad inherente a la materia misma. 

También me quedó claro eso de que la gravedad era la la fueza con la que un objeto era atraído hacia otro y que en la Tierra ese valor es de 9,80 m/seg² y que el  peso se formulaba por la ecuación P= m.g Así es que un objeto con una masa de 100 kg tendría un peso de 100 kg x  9,80 m/seg² = 980 N   (N Newton- unidad  básica del Sistema Internaciona= 1 kg. m/seg²)  y una vez determinado el valor de G y considerando que la fuerza que ejerce la Tierra sobre un cuerpo de 1 kilogramo en su superficie es de 9,8 N al al ser la distancia entre los centros de masa del cuerpo de 1 kg y la Tierra, y para un radio de la Tierra de  6,4 × 10^6 m podemos, usando la fórmula  de la gravitación universal sustituir todos los datos, salvo la masa de la Tierra que nos queda como incógnita y al despejar la misma podemos obtener la masa de la nuestro planeta que es de 6 × 10^24 kg. 

Todo muy claro y además no nos hundimos en el suelo porque la fuerza de nuestro peso sobre el mismo es igual a la que el suelo ejerce en respuesta al peso que le aplicamos, tal y como nos lo decía Newton en su tercera ley cuando  afirmaba que cuando un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo,este último también ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primero, es decir que si dos objetos interactúan, la fuerza F12₁ ejercida por el objeto 1 sobre el objeto 2, es igual en magnitud y opuesta en dirección a la fuerza  F21 ejercida por el objeto 2 sobre el objeto 1. A a cada acción siempre se opone una reacción igual. 

 F12 = – F21

Pero luego vino Einstein y me dijo que la gravedad no era «una fuerza en sí» sino una consecuencia de la deformación del “espacio-tiempo” o sea que el espacio es un tejido entrelazado con el tiempo y los cuerpos con su masa deforman ese tejido. Era una forma «geométrica» de ver la gravedad contemplando cómo los objetos de ese tejido espacio-tiempo se mueven en el sentido de la inclinación de esa deformación y era un método visual de comprobar que la gravedad propuesta por Einstein «no es solo atraer directamente a los objetos» sino que son esos objetos los que deforman ese tejido.

  
Aquello me encantó porque tenía mucho sentido. En realidad Einstein no iba contra Newton sino tan sólo desmontaba su suposición de que la gravedad «era una fuerza instantánea» partiendo siempre de su teoría relativista de que la velocidad de la luz es un parámetro intocable.  El ejemplo más convincente es la propia la luz del Sol que nos llega 8 minutos después, de ser emitida (distancia Tierra-Sol 150 millones de kilómetros) por lo que si el Sol desapareciese repentinamente sus últimos rayos luminosos aún tardarían 8 minutos en llegar a la Tierra. Si el Sol desapareciese de repente, también desaparecería la fuerza de la gravedad que mantiene a la Tierra girando a su alrededor por lo que esta debería de salir disparada hacia el espacio profundo antes de que esos últimos rayos de luz le llegasen y- supuestamente- la Tierra debería de alejarse del punto desde donde estaba frente al Sol «a mayor velocidad que la de su luz» y eso contradeciría  la afirmación einsteniana de que «nada puede viajar más rápido que la luz»

Con su famosa ecuación de E = m c² (E es la energía, m la masa y c la velocidad de la luz) vemos que la masa m es una cantidad que aumenta con la velocidad v de la forma

m = m0 (1 – v²/c²) ^-1/2

siendo m0 la masa en reposo del objeto. Esto explica que la energía que un objeto adquiere al acelerarse, se añade a su masa, incrementándola por lo que cuanto más rápido vaya más difícil será acelerarlo (porque tendrá más masa). Al llegar a la velocidad de la luz, la masa crecería tanto que se haría infinita y aproximarse a la velocidad de la luz requiere cantidades inmensas de energía.

Pero la prueba física de que Einstein tenía razón nos la dió el «Gravity Probe B» aquel satélite lanzado por la NASA en abril de 2004 que tenia como misión probar algunos aspectos de la relatividad general de Einstein con cuatro giroscopios esféricos perfectos para verificar la existencia de la curvatura del espacio-tiempo. En ausencia de dicha curvatura, es decir, en una interpretación newtoniana clásica. aquellos giroscopios deberían girar de manera alineada respecto a un punto de referencia, que era la estrella «IM Pegasi«, sin embargo los cambios de dirección de su giro demostraron el efecto de la masa y de la rotación de la Tierra en la distorsión espacio-tiempo. Gracias a aquel satélite se pudo confirmar la existencia del «efecto arrastre» del espacio- tiempo y que una masa en rotación como nuestro planeta arrastra ese espacio-tiempo como un nadador arrastra el agua a su alrededor.

Pero luego vino en el año 2009 otro respetado físico teórico de la teoría de cuerdas y profesor de física en el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Amsterdam, llamado Erik Peter Verlinde que nos propuso otra teoría sobre la gravedad en su informe titulado “Sobre el origen de la gravedad y las Leyes de Newton”, argumentando que la misma era una consecuencia de las leyes de la termodinámica. 

Verlinde también lo razonaba bien. La gravedad era «una fuerza imaginaria» y para explicarlo nos contaba aquel ejemplo de lo que él llamaba “el día de su cabello rebelde” diciéndonos que aunque su cabello se rizase con el calor y la humedad, habría muchos modos de conseguir que aquel pelo rizado se volviese lacio. Solo se necesitaría una fuerza suficiente que tirase de él. Newton y Einstein no habían dado con «la clave de la gravedad» y nada de espacio curvo (como decía Einstein) o atracción a distancia (como decía Newton). Para él  la fuerza de la gravedad era simplemente un subproducto de la propensión de la naturaleza a máximizar el desorden.

Visto así parecía sencillo. La gravedad no era una Fuerza Fundamental, sino un efecto emergente provocado por la tendencia de la materia «a ganar entropía». La entropia de una manzana a un metro del suelo es menor que la que tendría a ras del mismo, por lo que la manzana cae para ganar entropia;  igual pasa con la fuerza de ascensión de un globo aerostático que tampoco existe sino que es solamente la fuerza de la entropía del gas en su interior que hace que al ser su densidad interior menor que la exterior se genere una fuerza emergente para ascender, o igual que la temperatura que experimentamos todos los días y que podemos sentir pero que en el ámbito de lo diminuto no existe, pues tiene que ver con las propiedades de las moléculas en conjunto.

Gracias a Dios, y antes de volverme loco he podido comprobar que las teorías de Eric Verlinde sobre la «gravedad como fenómeno emergente»  ya han sido rebatidas por Archil Kobakhidze con los experimentos con neutrones ultrafríos en un campo gravitatorio (publicados en 2002 en la revista  «Nature»). Mas información aquí   

Y que posteriormente en otro nuevo artículo titulado “Once more: gravity is not an entropic force,” ArXiv, 21 Aug 2011 (se ha hecho eco de este artículo KFC, “Experiments Show Gravity Is Not An Emergent Phenomenon,ñ” ArXiv blog, 24 aug. 2011) se insiste en este tema. Mas información aquí  

Pero realmente no sabemos mucho de este asunto. La situación actual de las investigaciones sobre la gravedad se basan en la búsqueda del supuesto bosón capaz de transmitir esa fuerza  (que sería el portador de la interacción gravitatoria). Hablamos del famoso «gravitron» cuyas propiedades serían la de ser siempre atractivo (la gravedad jamás repele), trabajar sobre cualquier distancia (la gravedad es universal) y existir en cantidades ilimitadas (para causar fuerzas grandes cerca de las estrellas) . En la teoría cuántica, sería un bosón de spin par (2 en este caso) con una masa en reposo igual a cero. La supuesta existencia de los gravitones deriva del éxito de «la teoría de los cuantos» en otros campos. 

La teoría cuántica nos describe muy bien la mayoría de las fuerzas básicas del universo y parece natural asumir que los mismos métodos servirían también para explicar la gravedad. El gravitron operaría de manera similar al fotón, pero de manera contraria que en la electrodinámica, pero hasta la fecha todos los intentos de encontrarlo han fracasado.

Es decir que cuanto más avanzamos menos sabemos. Las fuerzas newtonianas son del todo reales, existe una fuerza que curva el espacio- tiempo y sabemos que son falsas las ideas de Verlinde sobre la gravedad y las leyes de la termodinámica. También sabemos que la gravedad no funciona de manera tan simple con las partículas con carga, sino que se crea por cualquier forma de energía (la masa es una forma condensada de energía, según dice la célebre ecuación de Einstein) ¿Qué pasa entonces? Pues que Sócrates tenía razón cuando afirmó en su famosa frase eso de que: «Yo solo sé que no sé nada«. 

Tal vez la mayoría de los físicos tengan una idea equivocada de lo que es la fuerza de la gravedad y quizás nuestro universo no sea tridimensional sino una onda 3D expandiéndose en una membrana 4D con grosores diferentes en las dimensiones. ¿Quién sabe? No tengo ni puñetera idea.

Fuentes:

La fuerza de gravedad según Einstein

Erik Verlinde