¿Fuerza de la gravedad?

por Ed  

La llamamos Fuerza de la Gravedad y es lo que nos mantiene pegados a la Tierra, pero

¿Es realmente una Fuerza?

Partiendo de que el concepto "fuerza" es una utilidad matemática para relacionar el intercambio de momento o cantidad de movimiento, acuñado, creo, por Newton, podemos observar que la gravedad puede que no sea una fuerza.

¿Qué es una fuerza?

La fuerza, tal y como la definió Newton, es la diferencia de momento (diferencia de cantidad de movimiento) con respecto del tiempo.

El momento, o cantidad de movimiento, se obtiene en mecánica clásica multiplicando la masa por la velocidad. No sé muy bien cómo llegó Newton a esto mientras estudiaba el misterioso fenómeno de la inercia, pero el momento se ha convertido en uno de los pilares fundamentales de la física, desde la mecánica clásica a la cuántica, pasando por la relativista. La cantidad de movimiento es una pieza clave, una piedra angular. Si quitamos ese ladrillo, toda la física se desmorona, así que procuraré no hacerlo.

La variación de la cantidad de movimiento es lo que nos da una idea de la energía necesaria para que un objeto de una masa (o energía) determinada pase de una velocidad a otra ya que, si no interviene ninguna fuerza, la velocidad permanece constante de forma indefinida.

Para medir la magnitud del cambio, se utiliza el tiempo como divisor (se podría haber utilizado la distancia, por ejemplo, pero de esto hablaré en otro post) así que se deduce que la fuerza, en caso de que la masa no varíe (pregúntale a Einstein) se puede definir como el producto de la masa por la aceleración.

¿Qué atrae la Gravedad?

Esta es la pregunta principal. La gravedad lo atrae todo con la misma aceleración, con independencia de su masa (o energía) De tal forma que la gravedad puede verse más como una aceleración del espacio que como una fuerza.

Se puede medir la fuerza necesaria para vencer la aceleración de la gravedad, pero no se puede hablar de la fuerza de la gravedad porque, como he explicado antes, frente a la gravedad las masas no son importantes más que para generar la aceleración, no interviniendo en absoluto como magnitud para que algo sea atraído.

El famoso experimiento lunar del martillo y la pluma cayendo a la vez en ausencia de atmósfera demuestra el hecho de que la gravedad es una aceleración independiente de la masa.

Newton, el mago de la ciencia, descubrió que la aceleración de la gravedad era proporcional a la masa (tomada como puntual) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de dicha masa. Como si la aceleración se percibiera en la superficie de una esfera imaginaria cuyo centro es la masa que atrae. De hecho, la famosa fórmula de Newton se puede expresar como la masa dividido por la superficie de una esfera de radio igual a la distancia estudiada. Pero aún hay más.

La constante de Gravitación Universal

No lo he visto expresado lo que voy a decir, pero la constante de la gravitación tiene un valor muy extraño. El inverso de G (la Constante de Gravitación Universal) es casi exactamente igual que multiplicar 16 por π por C (la velocidad de la luz en el vacío)

Voy a repetirlo de otra forma: si multiplicamos G x 16 x π x C nos da 1,0057, esto es, casi la unidad.

De hecho, si expresamos la aceleración de la gravedad tal y como se expresan las otras fuerzas de atracción (eléctrica y magnética) sobre 4·π·d2 todavía nos queda un remanente de 1/(4·C) para llegar a la famosa G (que, dicho sea de paso, Newton nunca conoció ya que él se "limitó" a establecer la relación no proporcional de m/d2 gracias al trabajo de Keppler)

Si ese valor (1,0057...) lo expresamos en una constante (pongamos G' por abreviar) también resultan curiosas las unidades de dicha "constante", equivalentes a m/s2 · m/s · m2/kg (unidades de aceleración para cada unidad de velocidad para cada superficie por cada unidad de masa) (atención a los "por cada" y a los "para cada";-)

Y G'/(4·C) nos daría un valor cuyas unidades son m/s2 · m2/kg, es decir, unidades de aceleración para cada superficie por cada unidad de masa.

Desconozco la relación de 4·C con la gravedad. Desconozco qué tiene que ver la velocidad de la luz con la gravedad, pero es obvio que existe una relación intrínseca de dicha velocidad y Pi con la aceleración de la gravedad (sabiendo que Pi tiene una relación intrínseca con casi todo).

Limite de atracción

En muchas ocasiones, me he planteado si la aceleración de la gravedad tiene un límite. Sí he podido concluir que, si los postulados en los que se basa Einstein son ciertos, existe un límite claro con la velocidad de la luz. Es más, se produce un curioso fenómeno con la velocidad de la luz y la aceleración de la gravedad que nos hace rozar la superficie de los agujeros negros.

Imaginemos un fotón que se dirige hacia una gran masa que acelera todo su alrededor de una manera increíble. El fotón, que viaja a la velocidad de la luz, se resiste a ser acelerado, pero tendríamos que cumplir con la ley de la gravedad (Newton, Einstein, aquí da lo mismo) de tal forma que su aceleración debería de cambiarse por su masa (por lo que he explicado antes de la fuerza como variación del momento) Si la gravedad fuera una fuerza, indudablemente causaría una variación en el momento del fotón, pero como no puede aumentar su velocidad más allá de la de la luz, este incremento tiene que verse observado en la masa del propio fotón, que aumentaría su masa. Como un fotón no tiene masa conocida, habría que utilizar su "pseudónimo" de Energía (utilizando la ecuación pre-einsteniana de E=m·c2, diríamos que m=E/c2 ) y percibiríamos un aumento de su energía, pero, un aumento de la energía de un fotón es mucho decir porque un aumento de energía en un fotón implica un aumento de su frecuencia y una disminución de su longitud de onda, por lo que percibiríamos un "corrimiento al azul" del fotón.

¿Alguien ha visto un rayo de luz verde que apunte a la Tierra y se vuelva azulado a medida que avanza? Creo que no.

¿Alguien ha visto un fotón que empiece a ganar masa como si comiera grasas e hidratos de carbono a todas horas? Sería muy chocante apuntar con un láser al sol y que llegara un meteoríto en lugar de fotones)

Pues por ese motivo, la atracción gravitatoria, no puede ser una fuerza, sino una aceleración, dado que no causa un cambio de cantidad de movimiento, sino de velocidad, teniendo esta un límite en la velocidad de la luz, lo cual me hace pensar en la posibilidad del límite de atracción como algo más real de lo que imaginaba en un principio.

Y si existe un límite de atracción, nos topamos con el increíble mundo de los agujeros negros. No sólo son negros porque la luz no puede salir, sino porque la luz puede viajar a su velocidad natural dentro del horizonte de sucesos, curvándose, retorciéndose, pero jamás pudiendo salir de él ¿o sí? (estas disquisicioes las dejaré para otro post)

Mientras tanto, dudad, que es sano.