Newton... ¿su ley de gravedad es correcta?

Hace pocos días recibí un correo electrónico, comentándome una noticia, en la cual unos científicos proponían una teoría diferente de gravedad, donde la disminución de la misma no es directamente proporcional al cuadrado de la distancia.

Como olvidar ese dibujo en mi libro de ‘Texto Gratuito‘ de Ciencias Naturales, donde se podía ver a Galileo Galilei en el techo de la torre de Pisa soltando dos bolas de plomo, a un lado de una explicación sobre la gravedad y su relación con el peso y la masa.

O ese otro dibujo de Isaac Newton sentado debajo de un árbol viendo caer una manzana, a un lado de la historia de la mágica revelación de sus leyes del movimiento.
El origen de esta idea está en la discrepancia entre determinadas observaciones, y lo que predice la teoría gravitatoria, como por ejemplo la velocidad de rotación de muchas galaxias.

En la antigüedad, Aristóteles suponía que toda la materia estaba formada por cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua, y que sobre ellos actuaban dos fuerzas: la levedad (o tendencia del fuego y el aire a subir) y la gravedad (o tendencia del agua y la tierra a bajar) =O

Así que ya saben, la palabra ‘gravedad’ (usada para llamar la fuerza esa que todos conocemos) sí deriva de la palabra ‘grave’, simplemente porque Aristóteles eligió la relación leve-grave para las dos fuerzas que tenía en mente.

A la velocidad a la que rotan, la fuerza centrífuga sería superior a la gravitatoria, y las estrellas deberían dispersarse..... Pero no lo hacen.

Esta discrepancia se explica suponiendo la existencia de materia no observable directamente, denominada materia oscura. La idea de estos científicos es «¿por qué no suponer que la teoría gravitatoria está equivocada, en vez de que hay elementos no observados?».

Y lo cierto es que cada vez que una teoría científica no corresponde con las observaciones, los científicos deben plantearse el mismo dilema: ¿está mal la teoría, o hay algo que no hemos tenido en cuenta?

El problema de la noticia es que sólo habla de la ley de gravitación universal de Newton, y entre otras cosas menciona: «La ley física más famosa de la historia, que parecía ser hasta ahora “intocable”, está en entredicho».

Bueno, la verdad es que hace mucho que la ley de gravedad de Newton, no sólo se ha tocado y puesto en entredicho, sino que se ha demostrado que es incorrecta. De eso se encargo hace casi un siglo, un tal Albert Einstein, cuando publicó su teoria general de la relatividad.

Antes conté los aspectos más conocidos (como la curvatura del espacio-tiempo). Lo que no comenté es que la relatividad general «sustituye» a la ley de gravitación de Newton. Al igual que la relatividad especial surgió al unificar la mecánica clásica y el electromagnetismo (que se contradecían entre sí), la relatividad general surgió al unificar la relatividad especial (y extenderla a sistemas de referencia no inerciales) y la gravedad clásica.

Uno de los principios de la ley de gravitación universal, es la acción a distancia, que nos dice que la fuerza con la que interactuan varios cuerpos en un instante dado, depende de la posición relativa de esos cuerpos en ese mismo instante.

A priori parece algo muy lógico (la gravedad actua a distancia, sin necesidad de que los cuerpos estén en contacto), pero hay un detalle importante a tener en cuenta: según este principio, la fuerza se transmite de forma instantánea.

Ninguna de las dos es cierta. Lo que hizo Galileo fue algo equivalente: dejó caer bolas de distintos pesos a lo largo de un plano inclinado. La verdad es que esas bolas tiradas desde la torre de Pisa habrían causado muchos daños, en el menor de los casos quebrarían el pavimento; en el peor, podrían haber matado a un inocente transeúnte.

En fin, Galileo descubrió que cuerpos de distinto peso llegaban al suelo al mismo tiempo, siempre y cuando la resistencia al aire fuera muy poca. Y ya, no se preocupó o no pudo saber por qué pasaba eso.

La historia de Newton es un poco mas cierta, pero no del todo. Todo lo que Newton dijo fue que la idea de la gravedad le vino cuando estaba sentado ‘en disposición contemplativa’, de la que únicamente le distrajo la caída de una manzana.
El caso es que Newton pudo dar un porqué a las mediciones de Galileo:
Un cuerpo que tenga doble peso sufrirá una fuerza gravitatoria doble, pero al mismo tiempo tendrá una masa doble, por lo que tendrá una resistencia a la aceleración doble.
Estos dos efectos se cancelarán y por tanto la aceleración de cualquier cuerpo en caída libre es la misma: 9.8m/s2

A pesar de eso, una de las consecuencias de la relatividad especial es que ningún tipo de información o interacción puede viajar más rápido que la luz; por tanto la gravedad no puede actuar de forma instantánea, sino que debe propagarse a una velocidad finita, al igual que lo hace la luz.

10 años después de publicar su teoría especial de la relatividad, Einstein publicó en 1915 su teoría general de la misma.

Entre otras cosas, resolvió un viejo problema de los astrónomos con el movimiento de Mercurio.

Las discrepancias entre las predicciones de la ley de gravitación de Newton y las observaciones realizadas, llevaron a los astrónomos a pensar que debía haber un planeta no descubierto, más cercano al sol que Mercurio (el mismo razonamiento condujo al descubrimiento de Neptuno).

Sin embargo nadie era capaz de observar el dichoso planeta. Y eso es porque no existe.

Las predicciones de movimiento de la relatividad general coinciden con las observaciones de Mercurio (y con el resto de planetas), por lo que podemos decir sin temor que la ley de gravitación de Newton es errónea. Si queremos hacer cálculos con la gravedad, debemos emplear las ecuaciones de la relatividad general.

¿Por qué se sigue enseñando entonces la ley de Newton en el colegio, si es incorrecta?

Pues porque las matemáticas de la relatividad general son bastante complejas, ya que incluyen cálculo tensorial (el propio Einstein tuvo dificultades para aprenderlas, al desarrollar su teoría).

Por el contrario, la fórmula de la ley de gravitación universal es muy sencilla (unas pocas multiplicaciones, una división, y una potencia), y es una aproximación suficientemente buena en la mayoría de los casos.

Sólo en situaciones particulares, como la de Mercurio (por su proximidad a un cuerpo tan masivo como nuestro Sol), la diferencia entre la ley de Newton y la relatividad general es significativa.

Por tanto, hace casi un siglo que lo que la noticia califica como «la ley más famosa de la historia», fue más que tocada y puesta en entredicho; fue demostrada incorrecta.

La teoría gravitatoria actual es la relatividad general, aunque en muchos casos podamos usar la sencilla ley de Newton como aproximación.

Mi teoría es que estas historias las inventaron hace muchos años para hacer que los niños encontraran estos hechos un poco mas interesantes y fáciles de recordar.

Luego, cuando estos niños crecieron, se les olvidó decirles que no eran precisamente ciertas y luego transmitieron su conocimiento erróneo a las próximas generaciones y éstas a las otras y ahora todo mundo las cree ciertas, a menos que se ponga a leer cualquier otro libro de Física que no provenga de gobierno.

Por cierto el libro que yo estoy leyendo es: “Breve historia del tiempo” de Stephen Hawking.