Siete misterios de la fuerza de la gravedad

    Es la fuerza que todos conocemos y creemos que entendemos. Mantiene los pies en la tierra y nuestro mundo girando alrededor del sol. 

Sin embargo, si la miramos de cerca las certezas comienzan a tambalerase revelando que la gravedad es la más desconcertante y menos comprendida de las cuatro fuerzas funadmentales de la naturaleza.

1 ¿Qué es la gravedad?

    La gravedad se comporta según el pensamiento de Newton, como una fuerza que afecta a los cambios y el movimiento de otra cosa. Eso, al menos, hasta que llegó la teoría de Einstein. Su teoría de la relatividad general nos dice que la gravedad no es una cosa tan sencilla.

La relatividad general proporciona un marco en el que las leyes de la física tienen el mismo aspecto independientemente de cómo se mueven. Einstein dice que la  gravedad es una propiedad del universo, más que de los distintos órganos.

La relatividad general describe la gravedad como la geometría. La trama del universo - las cuatro dimensiones de espacio y tiempo - está lleno de grumos y golpes creado por la presencia de masa y energía. Esta deformación es inevitable, siempre que sea algo - ya sea que usted, yo, un pedazo de polvo o de un espacio de fotones de la luz - trata de viajar por el universo en línea recta, en realidad sigue una trayectoria que se curva por la masa y la energía. El resultado de esta curvatura es lo que pensamos que es la gravedad.

Sin embargo, el tratamiento de la gravedad como si se tratara de una simple fuerza, como hizo Newton, nos ha servido. Nos permitió enviar cohetes a la luna y trazar las órbitas de los planetas con sorprendente precisión.

Sin embargo, ni el modelo de Newton ni la relatividad es una explicación de la gravedad. Todavía no sabemos las propiedades cuánticas de la masa, la energía y el espacio-tiempo que se combinan para crear el fenómeno.

Tenemos una idea básica de las otras tres fuerzas fundamentales de la naturaleza - la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte que funcionan  a través de la acción de las partículas.La fuerza electromagnética, por ejemplo es emitida por los fotones. Este cuadro se conoce como teoría cuántica de campos. De la misma manera, debería haber partículas que proporcionan la fuerza gravitacional.

Todavía hay dos problemas con esto. En primer lugar, todavía tenemos que encontrar alguna prueba de la existencia de estas partículas hipotéticas, que se han denominado "gravitons". En segundo lugar, cuando la teoría cuántica de campos se aplica a la gravedad, que es propensa a dar respuestas sin sentido a una pregunta. "Estos son los obstáculos fundamentales que es necesario superar"

2 ¿Por qué solo la gravedad tira y no repele?

   Todas las otras fuerzas de la naturaleza son opuestas. En el caso de la fuerza electromagnética, por ejemplo, puede atraer o repeler, en función de los organismos implicados. Entonces, ¿qué hace diferente gravedad?

La respuesta parece encontrarse en la teoría cuántica de campos. Los gravitons, las partículas hipotéticas que dice la teoría cuántica de campos que debe transmitir la gravedad responden a la densidad de energía, que siempre es positiva. ¿Estamos asumiendo mucho aquí? No sabemos que la gravedad es una fuerza atractiva estrictamente. Se apunta a la "energía oscura" que parece estar acelerando la expansión del universo, y sugiere que puede indicar que la gravedad puede funcionar en ambos sentidos. Algunos físicos especulan que la energía oscura podría ser una fuerza gravitacional repulsiva que sólo actúa en grandes escalas. 

De cualquier manera, la aparente diferencia entre la gravedad y las otras fuerzas fundamentales plantea un problema para los físicos que quieren crear una "teoría de todo" que proporcione una explicación única para todas las fuerzas. Por el momento, la mayoría de los teóricos esperan una nueva teoría.

3 ¿Por qué la gravedad es tan débil?

    La gravedad es - 10 ⁴⁰ veces más débil que la fuerza electromagnética que mantiene los átomos juntos. Aunque las otras fuerzas actúan en diferentes rangos, y entre  muy diferentes tipos de partículas. La gravedad es la inadaptada. ¿Por qué?

Hasta el momento, nuestro mejor explicación proviene de la teoría de las cuerdas. La teoría de las cuerdas requiere que el universo tiene más de las tres dimensiones espaciales tal vez hasta 10. Según los teóricos la gravedad es tan débil porque, a diferencia de las otras fuerzas, tiene fugas dentro y fuera de estas dimensiones adicionales.

 Una de las grandes esperanzas es el Gran Colisionador de Hadrones que puede que nos diga por qué la gravedad es tan débil. El propósito del LHC, más o menos, es entender esta cuestión.

Aunque no es probable que de una respuesta completa, el caso de la gravedad que reside en dimensiones ocultas se vería fortalecida si el LHC  encuentra evidencia de éstas partículas.

4 ¿Por qué la gravedad es débil?

   La debilidad de la gravedad es algo a lo que debemos estar agradecidos. Si fuera un poco más fuerte, ninguno de nosotros estaría aquí.

El momento del nacimiento del universo si la expansión del espacio hubiese superado la fuerza de la gravedad en el recién nacido universo, estrellas, galaxias y los seres humanos nunca habían sido capaces de formar. Si la gravedad hubiese sido mucho más fuerte, las estrellas y galaxias se podrían haber formado, pero rápidamente se hubiesen atraidos unos a otros.

5 ¿La vida necesita de la gravedad?

   Charles Darwin fue el primer científico occidental en demostrar que las plantas tenían sensores de gravedad. Si metes una planta en una maceta a un lado encontrarás que las raíces siguen creciendo hacia el centro de la Tierra.

Los animales sufren una serie de problemas si se les priva de gravedad. Los experimentos en la estación espacial rusa Mir con codornices consideraban que fuera de la gravedad nacían un menor número de huevos y los pollitos que nacieron tenían muchas mas probabilidades de sufrir alteraciones.

Los seres humanos tienen problemas con la respiración pero por una razón diferente. En el espacio, la capacidad pulmonar de los astronautas se reduce porque no hay gravedad que tire del diafragma hacia abajo. Para empeorar las cosas, el hígado se encuentra más elevado reduciendo aún más el tamaño del pulmón. Para un viaje corto este no es demasiado problema, pero lo que sucedería a los bebés nacidos en el espacio.Hay razones para creer que habría graves problemas para los jóvenes durante el crecimiento." 

¿Quién sabe qué otra cosa nos podría afectar después de largos años en el espacio? Es difícil apreciar lo poco que hemos aprendido sobre el desarrollo y el crecimiento en condiciones de ingravidez.

6¿Podemos luchar contra la gravedad?

    Aunque la idea de construir un escudo de gravedad tiene una larga historia, nadie ha logrado todavía hacerlo. En 1992,  el ruso Podkletnov publicó un documento en el que afirmó haber detectado un 2 por ciento la reducción de peso gravitatorio en torno a un disco hilado hecho de un superconductor de cerámica.

Martin Tajmar, un investigador austríaco, publicó algo similar en 2003 y fue capaz de seguir la investigación más a fondo con la financiación de la Agencia Espacial Europea.Tres años más tarde Tajmar y la ESA anunciaron que habían medido un efecto en un superconductor de hilado que con mayor desarrollo podría afectar a la gravedad. 

Esto debería tener efectos en el mundo real - el giro de la Tierra, por ejemplo, pero los efectos relativistas son muy pequeños en la práctica. Es evidente que ni siquiera un hilado superconductor tiene influencia gravito-magnética. 

7¿Nunca vamos a tener una teoría cuántica de la gravedad?

    La mecánica cuántica y la relatividad, las dos teorías más exitosas de cómo funciona el mundo,  parecen extrañamente en contradicción con el mundo cotidiano.

La teoría cuántica, que describe cómo se comportan las cosas en el nivel subatómico, es ciertamente extraña. Objetos cuánticos que pueden al mismo tiempo estar en dos lugares, o se mueven en direcciones diferentes.

La relatividad es aún peor. Podemos utilizarla para describir ligeramente el curvado espacio-tiempo, pero a su vez las ecuaciones no tienen sentido en condiciones extremas, en el centro de un agujero negro o en el comienzo del universo.

Desde un punto de vista físico el gran problema es que nadie ha descubierto cómo la teoría cuántica y la relatividad encajan juntas para hacer una teoría cuántica. Tiene que haber una mejor teoría una que describa cómo y por qué todo funciona, desde subatómicas a escalas cosmológicas, pero parece que es extraordinariamente difícil de alcanzar.

Einstein fue uno de los primeros científicos que trato de mezclar la gravedad con otras teorías de la física, sin embargo, ahora no se está más cerca que cuando él comenzó su búsqueda. Las más populares teorías de la gravedad cuántica hoy parecen tener problemas fundamentales que nadie sabe cómo resolver.

¿Significa esto que nunca llegaran? Es una pregunta sin respuesta inmediata.

Fuente: New Scientist