Trajes antigravedad, calzado, habitaciones, vehículos, motores… en ciencia ficción, cualquier idea que permita neutralizar la gravedad —así como los quebraderos de cabeza que conlleva a la hora de contar una historia de viajes espaciales— es buena. Tan buena, que ya apareció en una novela del siglo XVII, The man in the moone (1657), de Thomas Godwin, en forma de un mineral llamado ebelus que tiene la asombrosa propiedad de modificar los efectos del campo gravitatorio. Siglos después, Percy Greg, en Across the zodiac (1880) llamaría «apergia» a un tipo de ciencia ficticia que se encargaría del estudio del apergion, un elemento que produce una fuerza de tipo antigravitatorio, generada a nivel atómico, que le ayuda a propulsar una nave hasta Marte. El siguiente parece que fue H. G. Wells con la cavorita de The first men on the moon (1901), un metal que blinda contra la gravedad —como un equivalente a una jaula de Faraday con los campos electromagnéticos— y le permite construir un vehículo que nos lleva hasta la Luna. Y así, hasta la llegada de la ciencia ficción moderna en el siglo XX con ideas cada vez más bizarras, pero embadurnadas con una capa de ciencia que a veces hasta resulta verosímil.

Si lo pensamos con detenimiento, tampoco es tan extraño que se nos pase por la cabeza la posibilidad de que exista una fuerza de la gravedad repulsiva, ¿acaso no sucede eso con la fuerza electromagnética? Y ¿no se parece muchísimo la ley de la gravitación universal de Newton a la ley de Coulomb? —esto es como mezclar churras con merinas, pero seguramente es lo primero que se nos ocurrió a todos en el instituto—. En cualquier caso, podemos generalizar aún más: si pensamos en el conjunto de las leyes de la física, cambiarles un signo no suele ser un problema —ya sea en las coordenadas espaciales, en el tiempo o en la carga—, siguen funcionando. Así que, ¿por qué no sucede lo mismo con las ecuaciones de la relatividad general cuando introducimos, por ejemplo, una masa negativa? La respuesta corta es que «ni siquiera está pensada para valorar esa posibilidad». Una un poco más elaborada es que el tipo de simetrías que acabamos de mencionar aparecen en el ámbito de los campos cuánticos —que existen sobre un espacio-tiempo plano y absoluto— y, la relatividad general, de momento, se nos resiste a esa cuantización —está definida en un espacio-tiempo curvo y relativo—. Introducir masas negativas en la teoría de la relatividad general tal y como la planteó Albert Einstein sería equivalente a introducir energías negativas, y eso nos llevaría a móviles perpetuos gravitacionales, paradojas causales… amén de todo tipo de pesadillas matemáticas que podrían acabar con el universo. Pero… ¿Acaso iba eso a detener la curiosidad de un científico?

El principio fundamental sobre el que se basa la teoría de la relatividad general es el principio de equivalencia, que nos dice que, a nivel local, es imposible distinguir si un objeto se mueve bajo la influencia de una aceleración constante o de un campo gravitatorio. O, lo que es lo mismo, que la masa inercial de un objeto —su resistencia a ser acelerado— es igual que su masa gravitatoria —su resistencia a la acción de un campo gravitatorio—. ¡Y aquí empieza lo interesante! ¿Y si no lo fueran?

Con esto no pretendo incitar a nadie a plantear ideas que ya se ha demostrado que no tienen sentido ninguno —como cargarse alegremente el principio de equivalencia, que es lo que vamos a hacer a continuación—, pero, en este caso, tenía cierto sentido comprobar si se cumplía en cualquier circunstancia, especialmente a nivel subatómico y especialmente en el caso de la antimateria.

Como mencionábamos antes, las leyes de la física cumplen ciertos principios de simetría que nos permiten cambiarle el signo a una carga o reflejar coordenadas espaciales y temporales. Lo que obtendríamos al hacerlo sería un universo espejo de antimateria que se comportaría exactamente como el nuestro, pero en el que todo sucedería «en dirección contraria». Sin embargo, ¿dónde está?

Si las leyes de la física son simétricas, instantes después del big bang debería haberse creado la misma cantidad de materia que de antimateria, y deberían haberse aniquilado mutuamente, pero por algún motivo prevaleció la materia de la que está formado todo lo que vemos a nuestro alrededor. La respuesta a por qué prevaleció la materia ordinaria podría hallarse, precisamente, en asumir que masa inercial y masa gravitatoria, en el caso de la antimateria, no serían equivalentes. Esto implicaría que la antimateria mostraría un comportamiento gravitatorio diferente al de la materia ordinaria, colocándola en el lado débil de la balanza. Por ejemplo, la materia podría haberse concentrado con más eficacia en determinadas zonas y dar lugar a las estructuras que conocemos, mientras que la antimateria se habría diluido y no habría podido dar lugar a ningún tipo formación.

Y aquí es cuando entran en escena las ecuaciones de movimiento de la teoría de la relatividad general. Si asumimos que la masa inercial y la masa gravitatoria no son equivalentes, empiezan a aparecer resultados divertidos… como fuerzas de repulsión. ¡Ahí tenemos nuestra antigravedad! Como ya se ha medido la masa inercial de las partículas de antimateria, solo faltaría compararla con su masa gravitatoria. Para ello, podríamos tirar una bola de antimateria desde lo alto de la torre de Pisa y medir cómo le afecta la gravedad —es de esas cosas que le salieron bien a Galileo, pero que es mejor no intentar en casa—… o curarnos en salud y dejar la parte experimental en manos del CERN.

Salvando las distancias y dejando a un lado las obvias dificultades técnicas que supone, primero, medir cómo le afecta el campo gravitatorio a una antipartícula de masa ínfima y, segundo, que no se aniquile la muestra al chocar con materia ordinaria antes de poder hacer las mediciones, tirar una bola de antimateria desde lo alto de una torre, más o menos, es lo que hizo el equipo del experimento ALPHA-g del CERN, cuyos resultados se publicaron en 2023. Crearon muestras compuestas de unos 100 átomos de antihidrógeno —formado por un antiprotón y un antielectrón—, que confinaron en una trampa magnética, y los fueron liberando poco a poco en una cámara de vacío abriendo las partes superior e inferior de la trampa. Según simulaciones realizadas con átomos de hidrógeno ordinarios, se esperaba que un 20 % de ellos escapara por arriba y un 80 % por debajo, debido a la acción de la gravedad. Pero ¿se comportaron igual los átomos de antihidrógeno?

Pues… lamentablemente sí. Y digo «lamentablemente» por dos motivos. El primero es que podrían haber sido candidatos al GÖDE Award a quien demuestre que puede manipular el campo gravitatorio y ganar un millón de dólares. Y el segundo es que, a priori, suena más interesante vivir en un mundo en el que nos desplacemos por el universo en naves antigravitatorias —también es verdad que vivimos en uno en el que somos capaces de crear átomos de antihidrógeno en un laboratorio, algo que tampoco está mal—. De todas formas y, por si acaso, ya que no sería la primera vez que la ciencia ficción acierta en algo, si alguna vez encontráis en el espacio interestelar un mineral exótico con propiedades aparentemente antigravitatorias que os recuerde al ebelus, el apergion o la cavorita… mejor no lo toquéis ¡y huid de allí!

Bibliografía

Anderson, E. K., Baker, C. J., Bertsche, W., Bhatt, N. M., Bonomi, G., Capra, A., … Wurtele, J. S. (2023) Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter Nature, 621(7980), 716–722. doi: 10.1038/s41586-023-06527-1

CERN (2023, 27 de septiembre). ALPHA experiment at CERN observes the influence of gravity on antimatter. CERN.

Godwin, T. (1657). The man in the moone.

Greg, P. (1880). Across the zodiac.

O’Dowd, M. J. (2024, 17 de enero). Does antimatter creates antigravity? PBS Spacetime.

Wells, H. G. (1901). The first men on the moon.

Sobre la autora: Gisela Baños es divulgadora de ciencia, tecnología y ciencia ficción.