La mayoría de las personas, con orientación científica o de otro tipo, tienen al menos una vaga idea de que alguna cantidad o concepto llamado "gravedad" es lo que mantiene a los objetos, incluso a ellos mismos, atados a la tierra. entienden que esto es una bendición en general, pero no tanto en ciertas situaciones; por ejemplo, cuando se posan en una rama de un árbol y no están seguros de cómo regresar al suelo sin sufrir daños, o cuando se trata de establecer un nuevo registro personal en una Evento como el salto de altura o el salto con pértiga.
tal vez sea difícil apreciar la noción de gravedad en sí misma hasta ver qué sucede cuando su influencia disminuye o desaparece, como cuando se ven imágenes de astronautas en una estación espacial que orbita el planeta lejos de la superficie terrestre. y en verdad, los físicos tienen poca idea de lo que finalmente "causa" la gravedad, como tampoco pueden decirnos a nadie de por qué el universo existe en primer lugar. Sin embargo, los físicos han producido ecuaciones que describen lo que la gravedad hace excepcionalmente bien, no solo en la tierra sino en todo el cosmos.
una breve historia de la gravedad
Hace más de 2.000 años, los antiguos pensadores griegos propusieron muchas ideas que han resistido en gran medida la prueba del tiempo y han sobrevivido a la modernidad. discernieron que los objetos lejanos, como los planetas y las estrellas (las verdaderas distancias de la tierra de las cuales, por supuesto, los observadores no tenían forma de saber) estaban, en efecto, unidos entre sí a pesar de que probablemente no tenían nada como cables o cuerdas que los conecten juntos. A falta de otras teorías, los griegos propusieron que los movimientos del sol, la luna, las estrellas y los planetas eran dictados por los caprichos de los dioses. (de hecho, todos los planetas saben en esos días que tenían nombres de dioses). Si bien esta teoría era clara y decisiva, no era verificable y, por lo tanto, no era más que un sustituto para una explicación más satisfactoria y científicamente rigurosa.
No fue hasta hace unos 300 o 400 años que los astrónomos como Tycho Brahe y Galileo Galilei reconocieron que, contrariamente a las enseñanzas bíblicas de casi 15 siglos de antigüedad, la Tierra y los planetas giraban alrededor del Sol, en lugar de que la Tierra estuviera en el lugar. centro del universo. esto allanó el camino para las exploraciones de la gravedad como se entiende actualmente.
teorias de la gravedad
Una manera de pensar en la atracción gravitatoria entre objetos, expresada por el difunto físico teórico jacob bekenstein en un ensayo sobre caltech, es como "fuerzas de largo alcance que los cuerpos eléctricamente neutros ejercen entre sí debido a su contenido de materia". es decir, mientras que los objetos pueden experimentar una fuerza como resultado de las diferencias en la carga electrostática, la gravedad, en cambio, resulta en una fuerza debido a la masa pura. técnicamente, usted y la computadora, el teléfono o la tableta que están leyendo esto ejercen fuerzas gravitacionales entre sí, pero usted y su dispositivo habilitado para Internet son tan pequeños que esta fuerza es virtualmente indetectable. Obviamente, para los objetos en la escala de planetas, estrellas, galaxias enteras e incluso cúmulos de galaxias, es una historia diferente.
isaac newton (1642-1727), acreditado por ser una de las mentes matemáticas más brillantes de la historia y uno de los co-inventores del campo del cálculo, propuso que la fuerza de gravedad entre dos objetos es directamente proporcional al producto de su Masas e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre ellas. Esto toma la forma de la ecuación:
f grav = (g × m 1 × m 2 ) / r 2
donde f grav es la fuerza gravitacional en newtons, m 1 y m 2 son las masas de los objetos en kilogramos, r es la distancia que separa los objetos en metros y el valor de la constante de proporcionalidad g es 6.67 × 10 -11 (n ⋅ m 2 ) / kg 2 .
Si bien esta ecuación funciona magníficamente para fines cotidianos, su valor disminuye cuando los objetos en cuestión son relativistas, es decir, descritos por masas y velocidades muy por fuera de la experiencia humana típica. aquí es donde entra en juego la teoría de la gravedad de einstein.
Teoría general de la relatividad de einstein.
En 1905, Albert Einstein, cuyo nombre es quizás el más reconocible en la historia de la ciencia y el más sinónimo de proezas a nivel de genio, publicó su teoría especial de la relatividad. entre otros efectos que esto tuvo en el cuerpo existente de conocimientos de física, cuestionó la suposición incorporada en el concepto de gravedad de newton, que es la gravedad en efecto operada instantáneamente entre objetos, independientemente de la inmensidad de su separación. después de que los cálculos de einstein establecieran que la velocidad de la luz, 3 × 10 8M / s, o aproximadamente 186,000 millas por segundo, colocó un límite superior sobre la rapidez con que se podía propagar algo a través del espacio, las ideas de newton de repente parecían vulnerables, al menos en ciertos casos. en otras palabras, mientras que la teoría gravitacional newtoniana seguía desempeñándose admirablemente en casi todos los contextos imaginables, claramente no era una descripción universalmente verdadera de la gravedad.
einstein pasó los siguientes 10 años formulando otra teoría, una que reconciliaría el marco gravitacional básico de newton con el límite superior de la velocidad de la luz impuesta, o que parecía imponer, en todos los procesos del universo. El resultado, que einstein introdujo en 1915, fue la teoría general de la relatividad. El triunfo de esta teoría, que forma la base de todas las teorías gravitacionales hasta nuestros días, es que enmarca el concepto de gravitación como una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo, no como una fuerza per se. esta idea no era del todo nueva; El matemático Georg Bernhard Riemann produjo ideas relacionadas en 1854. Pero Einstein transformó así la teoría gravitacional de algo arraigado puramente en fuerzas físicas en una teoría más basada en la geometría: propuso una cuarta dimensión de facto, el tiempo,
La gravedad de la tierra y más allá.
Una de las implicaciones de la teoría general de la relatividad de einstein es que la gravedad operó independientemente de la masa o la composición física de los objetos. esto significa que, entre otras cosas, una bala de cañón y una canica lanzadas desde la parte superior de un rascacielos caerán hacia el suelo a la misma velocidad, aceleradas precisamente en la misma medida por la fuerza de la gravedad, a pesar de que una es mucho más masiva que la otra. . (Es importante tener en cuenta, para completar, que esto es técnicamente cierto solo en un vacío, donde la resistencia del aire no es un problema. una pluma claramente cae más lentamente que un lanzamiento de bala, pero en un vacío, esto no sería el problema). caso.) este aspecto de la idea de einstein era suficientemente comprobable. Pero ¿qué pasa con las situaciones relativistas?
en julio de 2018, un equipo internacional de astrónomos concluyó un estudio de un sistema de estrellas triples a 4.200 años luz de la Tierra. Como un año luz es la distancia a la que la luz viaja en un año (aproximadamente seis billones de millas), esto significa que los astrónomos aquí en la tierra estaban observando fenómenos que revelan la luz que en realidad se produjeron en unos 2.200 aC. Este sistema inusual consiste en dos estrellas pequeñas y densas. - uno un "púlsar" girando sobre su eje 366 veces por segundo, y el otro una enana blanca - orbitándose entre sí con un período notablemente corto de 1,6 días. este par a su vez orbita una estrella enana blanca más distante cada 327 días. en resumen, la única descripción de la gravedad que podría explicar los movimientos frenéticos mutuos de las tres estrellas en este sistema altamente inusual fue la teoría general de la relatividad de einstein, y las ecuaciones, de hecho,