La gravedad es uno de los cuatro fuerzas fundamentales en el universo, junto con el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuertes y débiles. A pesar de ser omnipresentes e importantes para evitar que nuestros pies se salgan volando Tierra , la gravedad sigue siendo, en gran parte, un rompecabezas para los científicos.
Los eruditos antiguos que intentaban describir el mundo dieron sus propias explicaciones de por qué las cosas caen hacia el suelo. El filósofo griego Aristóteles sostenía que los objetos tienen una tendencia natural a moverse hacia el centro del universo, que él creía que era el mediode la Tierra, según el físico Richard Fitzpatrick de la Universidad de Texas .
Pero luminarias posteriores desalojaron nuestro planeta de su posición principal en el cosmos. El erudito polaco Nicolás Copérnico se dio cuenta de que las trayectorias de los planetas en el cielo tienen mucho más sentido si el sol es el centro del sistema solar. El matemático británico yfísico Isaac Newton amplió los conocimientos de Copérnico y razonó que, cuando el sol tira de los planetas, todos los objetos ejercen una fuerza de atracción entre sí.
En su famoso tratado de 1687 " Philosophiae naturalis principia mathica , "Newton describió lo que ahora se llama su ley de gravitación universal. Por lo general, se escribe como :
F g = G m 1 ∙ m 2 / r 2
Donde F es la fuerza de la gravedad, m1 y m2 son las masas de dos objetos yr es la distancia entre ellos. G, la constante gravitacional, es una constante fundamental cuyo valor debe descubrirse mediante un experimento.
La gravedad es poderosa, pero no tan poderosa
La gravedad es la más débil de las fuerzas fundamentales. Un imán de barra lo hará electromagnéticamente tire de un clip hacia arriba, superando la fuerza gravitacional de toda la Tierra en el equipo de oficina. Los físicos han calculado que la gravedad es 10 ^ 40 ese es el número 1 seguido de 40 ceros veces más débil que el electromagnetismo, según Nova de PBS .
Si bien los efectos de la gravedad se pueden ver claramente en la escala de cosas como planetas, estrellas y galaxias, la fuerza de la gravedad entre los objetos cotidianos es extremadamente difícil de medir. En 1798, el físico británico Henry Cavendish realizó uno de los primeros experimentos de alta precisión del mundo.para tratar de determinar con precisión el valor de G, la constante gravitacional, como se informa en Actas de Front Matter de la Academia Nacional de Ciencias .
Cavendish construyó lo que se conoce como una balanza de torsión, uniendo dos pequeñas bolas de plomo a los extremos de una viga suspendida horizontalmente por un alambre delgado. Cerca de cada una de las pequeñas bolas, colocó un gran peso de plomo esférico. Las pequeñas bolas de plomo fueronatraído gravitacionalmente por los pesos pesados de plomo, lo que hace que el cable se tuerza solo un poquito y le permite calcular G.
Sorprendentemente, la estimación de Cavendish para G fue solo un 1% de su valor aceptado en la actualidad de 6.674 × 10 ^ −11 m ^ 3 / kg ^ 1 * s ^ 2. La mayoría de las otras constantes universales se conocen con una precisión mucho mayor, peroDebido a que la gravedad es tan débil, los científicos deben diseñar equipos increíblemente sensibles para tratar de medir sus efectos. Hasta ahora, un valor más preciso de G ha eludido su instrumentación.
El físico germano-estadounidense Albert Einstein provocó la próxima revolución en nuestra comprensión de la gravedad. Su teoría de la relatividad general mostró que la gravedad surge de la curvatura de espacio-tiempo , lo que significa que incluso los rayos de luz, que deben seguir esta curvatura, son curvados por objetos extremadamente masivos.
Las teorías de Einstein se utilizaron para especular sobre la existencia de agujeros negros, entidades celestes con tanta masa que ni siquiera la luz puede escapar de sus superficies. En las proximidades de un agujero negro, la ley de Newton de la gravitación universal ya no describe con precisión cómo los objetosmoverse, sino que las ecuaciones de campo tensorial de Einstein tienen prioridad.
Desde entonces, los astrónomos han descubierto agujeros negros en la vida real en el espacio, incluso logrando toma una foto detallada del colosal que vive en el centro de nuestra galaxia. Otros telescopios han visto los efectos de los agujeros negros en todo el universo.
La aplicación de la ley gravitacional de Newton a objetos extremadamente ligeros, como personas, células y átomos, sigue siendo una frontera poco estudiada, según Física de minutos . Los investigadores asumen que tales entidades se atraen entre sí usando las mismas reglas gravitacionales que los planetas y las estrellas, pero debido a que la gravedad es tan débil, es difícil saberlo con certeza.
Quizás, los átomos se atraen gravitacionalmente a una velocidad de uno en su distancia al cubo en lugar de al cuadrado; nuestros instrumentos actuales no tienen forma de saberlo. Nuevos aspectos ocultos de la realidad podrían ser accesibles si solo pudiéramos medir fuerzas gravitacionales tan diminutas.
Una fuerza perpetua de misterio
La gravedad también deja perplejos a los científicos de otras maneras. El Modelo estándar de física de partículas , que describe las acciones de casi todas las partículas y fuerzas conocidas, omite la gravedad. Mientras que la luz es transportada por una partícula llamada fotón, los físicos no tienen idea de si existe una partícula equivalente a la gravedad, que se llamaría gravitón.
Uniendo la gravedad en un marco teórico con mecánica cuántica , el otro gran descubrimiento de la comunidad de físicos del siglo XX, sigue siendo una tarea inconclusa. Tal teoría del todo , como se le conoce, puede que nunca se dé cuenta.
Pero la gravedad todavía se ha utilizado para descubrir hallazgos monumentales. En las décadas de 1960 y 1970, los astrónomos Vera Rubin y Kent Ford demostró que las estrellas en los bordes de las galaxias orbitaban más rápido de lo que debería ser posible. Era casi como si una masa invisible tirara de ellas gravitacionalmente, sacando a la luz un material que ahora llamamos materia oscura.
En los últimos años, los científicos también han logrado capturar otra consecuencia de la relatividad de Einstein: ondas gravitacionales emitidas cuando objetos masivos como estrellas de neutrones y los agujeros negros giran uno alrededor del otro. Desde 2017, el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser LIGO ha abierto un nuevo ventana al universo al detectar la señal extremadamente débil de tales eventos.
Recursos adicionales :
- Obtenga más información sobre la gravedad en Lugar espacial científico de la NASA .
- Aquí hay otro explicativo útil de la gravedad de revista Cosmos .
- Vea un video útil sobre cómo funciona la gravedad Los misterios más grandes de la vida .