Reflexiones sobre la gravedad

Hemos visto que la luz viaja siguiendo el camino más corto disponible. En relatividad general los cuerpos que no están sometidos a fuerzas también siguen el camino más corto, esto es, los cuerpos en general se mueven siguiendo geodésicas.

Pero, si lo anterior es cierto, de ahí se sigue que un planeta, que es un cuerpo, no se mueve como lo hace porque exista una fuerza atractiva mutua, simplificando, con la estrella que orbita. Marte, por ejemplo, no se mueve en una órbita elíptica alrededor del Sol debido a nada que tenga que ver con una fuerza de atracción mutua, una “fuerza de la gravedad”, entre Marte y el Sol. Marte, como todo cuerpo en movimiento, se estaría moviendo en una línea recta en un espaciotiempo curvo.

Una línea recta en un espaciotiempo curvo es una geodésica. Según la relatividad general, la masa del Sol provoca una curvatura del espaciotiempo. Y según las ecuaciones de la relatividad general, esta curvatura es tal que la geodésica según la cual debería moverse Marte sería lo que nosotros interpretamos como una elipse con el Sol posicionado en uno de sus focos.

En otras palabras, en relatividad general no existe una “fuerza” atractiva entre los cuerpos con masa como Marte y el Sol. En vez de eso, Marte simplemente se mueve en una línea recta, pero debido a la curvatura del espaciotiempo, esta “línea recta” tiene la apariencia de ser una elipse alrededor del Sol. Esto es una desviación significativa de las ideas de Newton…o tal vez no.

En el cuadro que pinta Newton la gravedad sería una fuerza atractiva entre objetos con masa. Pero, si esta fuerza se toma en sentido realista [*], estamos ante un caso de una acción a distancia. La mera idea de la acción a distancia era inadmisible para Newton y, como resultado, el no afirma que la gravedad sea una fuerza atractiva, sino que una fórmula que lo asume describe lo que se observa. Ni siquiera hacía hipótesis para explicar por qué funciona. Esto es, la actitud de Newton es perfectamente compatible con la de los calculistas de órbitas de una agencia espacial que emplean las fórmulas de Newton porque funcionan, aún a sabiendas de que la teoría general de la relatividad da otra descripción de la realidad, más fidedigna, pero mucho más prolija matemáticamente.

Sin embargo, y a pesar de las afirmaciones del propio Newton sobre la materia, la mayor parte de la gente que ha crecido en la cosmovisión newtoniana tiende a tomar una actitud realista frente a la llamada fuerza de la gravedad. Si pregunto, por ejemplo, ¿por qué cae la manzana? La respuesta automática es “por la fuerza de la gravedad”; si ahora pregunto si esta fuerza es real, lo más normal es recibir una mirada extrañada y un “por supuesto que sí”. Esto es, mucha gente eleva la aproximación instrumentalista de Newton a descripción precisa de la realidad.

Por lo tanto, siendo la teoría general de la relatividad (que incluye la especial como caso particular) una teoría sólidamente confirmada, supone un reto para la cosmovisión de la mayoría, obligando a adoptar una actitud instrumentalista ante lo que hasta ese momento es nuestra descripción por defecto de la realidad. Quizás por eso todavía sean legión los que intentan negarla (a ella y a su autor), no por ciencia, sino por ideología.

Nota:

[*] Más sobre realismo e instrumentalismo en nuestros Incompletitud y medida en física cuántica: esperando a Didinberg, donde se trata de las diferencias filosóficas entre Hawking (instrumentalista à la Newton) y Penrose (realista à la Einstein), y Galileo vs. Iglesia Católica redux: Reconvención donde la primera adopta una actitud instrumentalista frente a la teoría heliocéntrica mientras que la de Galileo es realista.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

9 Comentarios

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Lector SorprendidoLector Sorprendido

En el capítulo 19 de esta misma serie se había explicado que, según la relatividad general, el efecto de la gravedad es totalmente equivalente al de una fuerza, la cual provoca en un cuerpo una aceleración con el mismo valor (es decir a = g).

En este capítulo se está diciendo (si lo he entendido bien) que la gravedad no sería estrictamente una fuerza, de acuerdo con la misma teoría de la relatividad, ya que estaría relacionada con la geometría del espaciotiempo. Me pregunto yo entonces ¿no tendría que curvarse también el espaciotiempo por causa de una fuerza cualquiera, además de hacerlo por causa de la gravedad, para poder mantener así el principio de equivalencia?

Sobre este principio, véanse los últimos párrafos del texto en culturacientifica.com/2018/03/20…quivalencia/

César ToméCésar Tomé

En el capítulo 19 nos encontramos con un Einstein que aún piensa en términos newtonianos, lo que nos permite expresar los pricipios muy intuitivamente. Tras los resultados de sus investigaciones la gravedad desaparece, no existe, solo existen deformaciones del espacio tiempo causadas por la masa-energía. A este respecto, siga leyendo el capítulo 20 y siguientes.

IñakiIñaki

Gracias por el artículo, pero hay algo que no entiendo.

Si la gravedad no es una fuerza, ¿porque se requiere una fuerza, y por tanto un trabajo para elevar un objeto desde una orbita hasta otra superior?

¿no es esto una violación de la ley de conservación de la energia?

Supongo que no, pero no entiendo el porqué.

César ToméCésar Tomé

Un mismo fenómeno puede entenderse y acomodarse a distintas teorías sin problema. El quid de la cuestión es que la ciencia trabaja con modelos que describen fenómenos, y ninguno de esos modelos describe la realidad tal cual es. Usando términos de filosofía de la ciencia, la verdad científica es coherente no correspondiente (más sobre esto, aquí culturacientifica.com/2015/08/11…d-verdadera/).

Tal y como mencionamos en el texto es mucho más conveniente desde el punto de vista matemático, y mucho más intuitivo, usar el modelo de la física clásica en vez del relativista para algo tan ordinario y mesoscópico como cambiar la órbita de un satélite. Pero el modelo relativista es más potente que el newtoniano porque explica más cosas y, por tanto, sería una mejor aproximación a la realidad, y según este modelo la gravedad no es una fuerza.

IñakiIñaki

Gracias por tu respuesta,

Supongo que todo es consecuencia, al menos en parte de mi propia ignorancia. Por explicarlo de alguna manera. He considerado oportuno enlazar este blog (y este comentarío) a la web de la física (forum.lawebdefisica.com/forum.php) me parecen muy apropiados tanto el blog como tu respuesta ¿te parece correcto que lo haga?

Por otra parte, toda ley física debe seguir un principio de correspondencia que tiende a reproducir las leyes de la física clásica bajo ciertas condiciones, de manera que la mecánica cuántica se reduce a la física clásica para números cuánticos grandes, ocurre lo mismo al aplicar la relatividad restringida para velocidades muy pequeñas respecto a “c” y supongo que la relatividad general para campos gravitatorios cuando estos no son especialmente intensos.

Espero con curiosidad el próximo capítulo.

JoseJose

Y los gravitones que se intercambian los cuerpos? No se supone que las habian descubierto?

César ToméCésar Tomé

El gravitón es una partícula hipotética en los modelos de gravedad cuántica. Es más fácil entenderla en un contexto de teoría de cuerdas que en cualquier otro. En el límite clásico (en este contexto, no cuántico) un modelo de gravedad cuántica que funcione debe reducirse a la teoría de la relatividad general y, en el límite de campos débiles, a la gravedad newtoniana.

En cualquier caso, en relatividad general no existe la fuerza de la gravedad y en gravedad cuántica tampoco, ya que debe reducirse a relatividad general. Por otra parte, la existencia de partículas que median una interacción lo que hace es disolver la odiosa acción a distancia, que es lo que describe Newton.

AfricanoAfricano

Sobre la permanencia de la idea de la gravedad como una fuerza creo que es producto de la educación obligatoria. En la mía (hace más de 30 años) nunca se nos explicó otra cosa, sobre la relatividad ni una mención. Desconozco cómo es hoy en día.
Enhorabuena por estas series de artículos siempre muy interesantes.

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