BREVES

La gravedad sí es una fuerza


La gravedad estática, que es la responsable del fenómeno universal de atracción entre los cuerpos, para Newton y los cuánticos es una fuerza mientras que para Einstein no.

1. La gravedad

Para Newton la gravedad es un caso particular de la fuerza que al actuar sobre la masa inercial de un cuerpo lo acelera. La fuerza de gravedad, que al menos obra entre dos cuerpos, actúa sobre sus masas gravitacionales instantánea y a distancia, en un espacio tridimensional plano absoluto e independiente de un tiempo absoluto uniforme y hace que los cuerpos aceleren hacia cada otro.

Para los físicos cuánticos la gravedad es la fuerza de interacción, entre cuerpos, que actúa a través del campo gravitatorio estático, compuesto de gravitones virtuales, emitidos de su masa-energía y viajan cerrados a c.

En la Relatividad General la inercia, del espacio plano, se generaliza al espaciotiempo curvo. Así, los cuerpos, bajo la acción de un campo gravitatorio estático, sin gravitones y velocidad, inercialmente se mueven, con aceleración uniforme, dentro de las geodesias de la curvatura del espaciotiempo de una región local, que los tiende a unir en su centro de masas.

2. La ley de la inercia

La principal ley de la Física Clásica de Galilei-Newton es la inercia, la cual postula que un cuerpo aislado en ausencia de fuerzas mantendrá su estado de reposo relativo o su estado relativo de movimiento uniforme rectilíneo. La inercia vale siempre para el espaciotiempo plano. El Universo se considera plano para un espacio absolutamente vacío, que físicamente no existe, puesto que el vacío está siempre repleto de campos. Y cuasi plano, que es el físico, dentro de una región local y en ella dentro de lapsos infinitesimales, en que la masa-energía y la velocidad tiendan a cero.

En la relatividad Especial el espaciotiempo se representa por el continuo de Minkowski, 4-M, el cual es plano igual que el de Euclides pero está definido, de tal forma, que la velocidad de la luz es constante para todo observador y la velocidad c es infranqueable, mientras, que la velocidad en el de Euclides puede tender a infinito. Un sistema inercial es definido en un espaciotiempo continuo, a cambio del espacio absoluto newtoniano y está limitado a velocidades bajo c.

En la Relatividad General, a causa del principio de equivalencia entre las masas inercial y gravitacional, todo sistema acelerado se considera como un sistema inercial aunque situado en un campo gravitatorio. Asimismo se toma todo punto o región de un campo gravitacional como un espacio en movimiento acelerado. Entonces, los ejes de coordenadas del 4-M se hacen curvos, según la geometría de Riemann, que se basa en la esfera. El resultado es el continuo espaciotiempo de Lorentz. La diferencia entre un continuo de Riemann es que su espacio tangente es euclídeo mientras que en el continuo de Lorentz el espacio tangente es 4-M. Así, en la Relatividad General el espaciotiempo de una región local es curvo de Lorentz y, por tanto, dentro de cada lapso infinitesimal de la curva de Riemann el espaciotiempo es 4-M y la velocidad bajo c. Un sistema inercial es definido como un sistema en caída libre de acuerdo con el campo gravitacional local que es debido a toda la materia del universo.

3. La equivalencia entre masa inercial y masa gravitacional

La idea de la Relatividad Especial que en sistemas inerciales el movimiento distorsiona el espaciotiempo en función a la velocidad sin que se pueda sobrepasar c, Einstein la generalizo a sistemas gravitatorios, por la equivalencia entre masa inercial y masa gravitatoria, de donde resulta que la materia distorsiona el espaciotiempo y éste determina como se mueve la materia. También, esta equivalencia le permitió a Einstein encontrar que dentro de un lapso infinitesimal de una región local es imposible distinguir entre gravitación e inercia y entre gravitación y aceleración.

La principal consecuencia es que los cuerpos sobre los cuales sólo obra la gravitación se mueven en caída libre, que es un movimiento uniformemente acelerado, y que todos los cuerpos de un sistema sujeto sólo a la gravitación se comportan dentro de cada lapso infinitesimal, de manera equivalente a un sistema inercial, debido a que en estos lapsos el espaciotiempo es plano, y a que a causa de la equivalencia entre masa inercial y masa gravitatoria todos los cuerpos en caída libre están animados de una velocidad uniforme que produce que entre ellos todos se encuentren en reposo. La otra consecuencia es que un sistema de referencia sometido a una aceleración constante, igual en magnitud y en dirección opuesta a la aceleración que experimentan los cuerpos en caída libre, siempre es equivalente a un sistema sujeto a la gravedad.

Las ecuaciones de “caída libre” de la Relatividad General establecen que el movimiento sigue las trayectorias dentro de las cónicas circulares, elípticas o hiperbólicas que Newton explica a partir de la fuerza de gravedad. Y, que la curvatura del espaciotiempo causa que los cuerpos en “caída libre” se estiren en la dirección vertical y aplasten según el eje horizontal, a ambos lados de la vertical, con lo que también se explica la llamada “fuerza de marea”. Pero las ecuaciones no explican porque ocurre la “caída libre” sino que ésta se asume como el movimiento natural de los cuerpos cuando la materia curva el espaciotiempo.

4. La “caída libre” de los cuerpos no se explica en la Relatividad General

Antes de Tom Van Flandern no se objeta dicha situación natural de “caída libre”. El autor a partir de la reflexión de Tom que sería la curvatura del espaciotiempo la que debería explicar la “caída libre”, encuentra que la Relatividad General como generalización de la teoría del movimiento inercial, cuando se pasa del espaciotiempo plano al espaciotiempo curvo, no determina la razón de índole física para que se suspenda la ley de la inercia que establece que un cuerpo conservará su estado.

El supuesto de la Relatividad General que un cuerpo abandonado en un espaciotiempo curvo naturalmente permanece en “caída libre” viola el principio de la relatividad de Galileo que establece que todo cambio del estado de un cuerpo será a causa de una fuerza. Es cierto que el cambio entre el movimiento rectilíneo uniforme al de “caída libre” parece que es un efecto geométrico puesto que al restablecer el espaciotiempo plano desde el curvo se recupera el estado de movimiento rectilíneo, pero crucialmente tal posibilidad no existe para el estado de reposo. La relatividad de Einstein, nacida a partir de la conservación de este principio de Galileo, como puede contradecirlo por vía de suponer el estado natural de la “caída libre”? Qué provoca que un cuerpo en estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme cuando pasa de un espacio euclídeo a un espaciotiempo de Einstein adquiera el movimiento de “caída libre”?. La respuesta, como dice Tom, sería la curvatura. ¿Cómo una curvatura geométrica puede provocar ese cambio?. Otra cosa es si tal curvatura es material puesto que en todo punto de la curvatura circular se ejercería una fuerza constante y equidistante en la dirección del centro de masas.

5. Es necesario reentender la equivalencia entre las masas inercial y gravitacional

La profunda razón de la equivalencia entre las masas inercial y gravitacional no es otra que la del nexo entre lo general y lo particular existente en la realidad. Pero, la física clásica no entendió que la fuerza gravitatoria es sólo un caso particular de la fuerza en general y, por tanto, necesariamente la masa gravitacional equivale a la masa inercial, en cuanto ambas masas resultan del cociente entre la fuerza aplicada a un cuerpo y la aceleración provocada en su estado relativo de movimiento y no un simple accidente o casualidad. Tampoco se entiende como esta equivalencia se considere como “un profundo y significativo hecho de la física del mundo” y sirva precisamente para que la Relatividad General la formule como el principio fuerte de equivalencia, las ecuaciones del campo de Einstein son su personificación y Einstein afirme que la gravedad no es una fuerza sino el efecto geométrico del espaciotiempo.

6. Aceleración igual campo gravitacional, un resultado matemático y no ontológico

La expresión: masa inercial * aceleración = masa gravitacional * intensidad del campo gravitacional, debido a la igualdad entre ambas masas, permite deducir aceleración = intensidad del campo gravitacional y ha Einstein inducir el “principio de equivalencia fuerte” según el cual intrínsecamente el “espaciotiempo en una región con un campo gravitacional es la misma cosa como el espaciotiempo en una región sin un campo gravitacional”, en razón a que “si se toman lapsos infinitesimales de un espaciotiempo curvo y uno plano, ellos son la misma cosa” lo que implica “la identidad intrínseca entre las aceleraciones cinemática y gravitacional” que hace posible “una interpretación puramente geométrica de la gravedad”. Así, la gravedad a cambio de causa de la aceleración es la propia aceleración y la aceleración gravitacional es propiedad de la geometría del espaciotiempo, resultado matemático y no ontológico puesto que tanto la masa como la fuerza siguen físicamente presentes.

Seguro fue por esta exasperante razón ontológica que a Einstein le resulto pedante, la conclusión, esa sí llena de significado, de un físico que: “La aceleración de la caída de un cuerpo aumenta proporcionalmente a su masa de gravitación y disminuye en igual proporción a su masa de inercia”, precisamente el fundamento que la aceleración gravitacional es la misma para todo cuerpo con independencia de la magnitud de su masa pero no de la existencia de la masa ni, tampoco de la fuerza, puesto que es precisamente la acción simultánea de la misma fuerza gravitacional, en cualidad y magnitud, aunque aplicada en direcciones opuestas, de un determinado campo gravitacional, sobre las masas inercial y gravitacional de un cuerpo que produce la mutua anulación de estas masas en su aceleración gravitacional.

7. La gravedad es una fuerza

El autor descubre que esta presencia ontológica es manifiesta cuando la caída libre termina por el encuentro del cuerpo que cae, por ejemplo, con la superficie de la tierra. Entonces, de acuerdo con la tercera ley de Newton, a toda acción ejercida por una fuerza sobre un cuerpo corresponde en cada instante una reacción producida por una fuerza igual y de sentido contrario. La reacción a la gravedad del cuerpo que cae y la superficie de la tierra que lo detiene, es el peso del cuerpo. Esta fuerza de reacción, en que se basa la equivalencia entre las masas inercial y gravitacional de un cuerpo, determina que la gravedad es una fuerza y no propiedad geométrica del espaciotiempo. Pero, ¡en la Relatividad General la ausencia de fuerza que sería la gravedad causa la aparición de una fuerza que es el peso y precisamente en ella se sustenta que la gravedad no es una fuerza!.

 

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Fuente: Alfonso León Guillén

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