¿Se conoce la auténtica naturaleza de la gravedad?

La pregunta asume que existe una realidad externa que podemos conocer mediante la ciencia e identifica cada teoría física como esa realidad externa. Lo cierto es que no todas las personas que investigamos en física pensamos así; una buena parte de mis colegas opina que la física es simplemente una descripción más o menos satisfactoria de los fenómenos que nos rodean. Pero a mí sí me gusta pensar que la física nos ayuda a conocer la esencia de la naturaleza, así que mi respuesta a la pregunta sobre la naturaleza de la gravedad está hecha desde ese punto de vista.

Hoy en día pensamos que la gravedad es de naturaleza puramente geométrica. Esta afirmación encierra una idea de la naturaleza de gran belleza. Albert Einstein combinó los conceptos de espacio y tiempo en un único concepto al que llamó espacio-tiempo que, además, pasó de ser el lugar en el que ocurrían los fenómenos físicos a ser una cantidad física, es decir, algo que podemos meter en una ecuación matemática y resolverlo. Hasta que Einstein formuló la teoría de la relatividad general, la gravedad había sido explicada por Newton como una fuerza. Simplificando mucho a Newton, su explicación decía que la manzana caía porque la Tierra ejercía una fuerza de atracción sobre ella. Esta explicación a la que llamamos mecánica newtoniana (o mecánica clásica no relativista) funcionaba muy bien en la Tierra y más o menos bien en nuestro Sistema Solar, excepto por la órbita de Mercurio que se empeñaba en no seguir del todo las leyes de esa mecánica.

La teoría de la relatividad general de Einstein describe la gravedad de forma que se puede predecir de forma satisfactoria la órbita de Mercurio y otros fenómenos físicos fuera del Sistema Solar, que tampoco se avienen a la mecánica de Newton. Esa nueva descripción que hizo Einstein dice que la gravedad (es decir, lo que hace que las masas se atraigan) es un efecto de la curvatura del espacio-tiempo.

El espacio-tiempo se curva debido a la materia que contiene y esa curvatura hace, a su vez, que la materia se mueva de un modo determinado. Si visualizamos el espacio-tiempo como una red que se curva al contener una bola pesada, podremos entender el movimiento de otras bolas menores por la red como debidos a la curvatura producida por la primera bola. Y el movimiento de las otras bolas por el espacio-tiempo curvado es lo que Newton y otras muchas personas después de él habían supuesto que estaba originado por una fuerza de atracción llamada gravedad.La curvatura del espacio-tiempo hace que incluso la luz modifique su trayectoria al pasar cerca de un objeto pesado, un fenómeno que se ha medido con gran precisión. La teoría de la relatividad general nos permite describir las orbitas de los planetas del Sistema Solar y predecir la física en las regiones cercanas a los agujeros negros e incluso nos ayuda a comprender la evolución del mayor sistema gravitatorio, el Universo. La observación en 2015 de las ondas gravitacionales predichas por Einstein ha sido el culmen del poder predictivo de la teoría.

¿Quiero esto decir que tenemos ya la explicación de la naturaleza última de la gravedad? Pues no lo sabemos. Con los conocimientos que poseemos hoy día podríamos decir que la verdadera naturaleza de la gravedad es la curvatura del espacio-tiempo. Pero también es verdad que desde hace muchos años intentamos combinar la teoría de la relatividad general con la teoría cuántica y todavía no sabemos si lo hemos conseguido. Para complicar aún más las cosas, la interpretación de muchos datos astrofísicos cuando nos guiamos por la relatividad general indica que la materia que conocemos sólo es alrededor del 5% del contenido del cosmos. Y no estamos completamente seguros de qué constituye ese otro 95% de la energía del Universo. La explicación podría estar en que, en contra de lo que pensamos, todavía no hemos entendido bien la gravedad.

Prado Martín Moruno es doctora en Física. Departamento de Física Teórica. Universidad Complutense de Madrid.

Pregunta realizada por email por Janh Rubio

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