Teoria de la gravedad de newton

Leyes del movimiento y de la gravitación científico

La gravedad (del latín gravitas ‘peso'[1]), o gravitación, es un fenómeno natural por el que todas las cosas con masa o energía -incluidos los planetas, las estrellas, las galaxias e incluso la luz[2]- se atraen (o gravitan) entre sí. En la Tierra, la gravedad da peso a los objetos físicos, y la gravedad de la Luna provoca las mareas de los océanos. La atracción gravitatoria de la materia gaseosa original presente en el Universo hizo que ésta comenzara a fusionarse y a formar estrellas y que éstas se agruparan en galaxias, por lo que la gravedad es responsable de muchas de las estructuras a gran escala del Universo. La gravedad tiene un alcance infinito, aunque sus efectos se debilitan a medida que los objetos se alejan.

La teoría general de la relatividad (propuesta por Albert Einstein en 1915) describe la gravedad no como una fuerza, sino como una consecuencia de las masas que se mueven a lo largo de líneas geodésicas en un espacio-tiempo curvado causado por la distribución desigual de la masa. El ejemplo más extremo de esta curvatura del espacio-tiempo es un agujero negro, del que nada -ni siquiera la luz- puede escapar una vez pasado el horizonte de sucesos del agujero negro[3]. Sin embargo, para la mayoría de las aplicaciones, la gravedad está bien aproximada por la ley de gravitación universal de Newton, que describe la gravedad como una fuerza que hace que dos cuerpos cualesquiera se atraigan entre sí, con una magnitud proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

La segunda ley de newton

Newton descubrió la relación entre el movimiento de la Luna y el de un cuerpo que cae libremente sobre la Tierra. Con sus teorías dinámicas y gravitacionales, explicó las leyes de Kepler y estableció la moderna ciencia cuantitativa de la gravitación. Newton supuso la existencia de una fuerza de atracción entre todos los cuerpos masivos, que no requiere contacto corporal y que actúa a distancia. Invocando su ley de la inercia (los cuerpos sobre los que no actúa una fuerza se mueven a velocidad constante en línea recta), Newton llegó a la conclusión de que era necesaria una fuerza ejercida por la Tierra sobre la Luna para mantenerla en un movimiento circular alrededor de la Tierra en lugar de moverse en línea recta. Se dio cuenta de que esta fuerza podría ser, a larga distancia, la misma que la fuerza con la que la Tierra tira de los objetos de su superficie hacia abajo. Cuando Newton descubrió que la aceleración de la Luna es 1/3.600 menor que la aceleración en la superficie de la Tierra, relacionó el número 3.600 con el cuadrado del radio de la Tierra. Calculó que el movimiento orbital circular de radio R y periodo T requiere una aceleración constante hacia el interior A igual al producto de 4π2 y el cociente entre el radio y el cuadrado del tiempo:

Teoría de la relatividad

La teoría de la gravedad de Newton predice que la fuerza gravitatoria sobre cualquier objeto es proporcional a su masa, mientras que su segunda ley del movimiento predice que la aceleración resultante es inversamente proporcional a la masa del objeto.

En la teoría de la gravitación de Newton, la masa es la fuente de la gravedad y la fuerza resultante es universalmente atractiva. Los éxitos empíricos de la teoría de Newton son numerosos y conocidos. Todas las observaciones de los fenómenos gravitatorios anteriores a este siglo eran coherentes con la teoría newtoniana, con una excepción: una característica menor de la órbita de Mercurio. Observaciones precisas de la órbita que datan de 1765 revelaron un avance del perihelio que ascendía a 43 segundos de arco por siglo, por encima de lo que podía explicarse por los efectos perturbadores de otros planetas. Se intentó explicar esta discrepancia postulando la existencia de pequeñas masas perturbadoras en órbita cercana al sol, y este tipo de explicación mantuvo cierta plausibilidad hasta principios del siglo XX. Sin embargo, observaciones cada vez más precisas han descartado esta posibilidad: no hay suficiente masa en órbita cercana al sol para explicar la discrepancia.

Aceleración gravitacional

Albert Einstein puede explicar muchas cosas, pero quizá no los agujeros negros. Los científicos creen que en las profundidades de estos objetos celestes masivos, las leyes del universo se repliegan sobre sí mismas, y el elegante modelo de gravedad establecido en la teoría general de la relatividad de Einstein se rompe.

El estudio, que se publicará el 16 de agosto en la revista Science, demuestra que la gravedad funciona tal y como predijo Einstein incluso en el mismo borde de un agujero negro, en este caso Sagitario A*, el agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra Vía Láctea. Pero el estudio es sólo la primera salva de un esfuerzo de largo alcance para encontrar el punto en el que el modelo de Einstein se desmorona.

«Ahora tenemos la capacidad tecnológica para probar las teorías gravitacionales de una manera que nunca antes habíamos podido», dijo la coautora del estudio, Jessica Lu, astrofísica de la Universidad de California en Berkeley. «La teoría de la gravedad de Einstein está definitivamente en nuestro punto de mira».

«Newton se divirtió durante mucho tiempo con su descripción [de la gravedad], y luego, en algún momento, quedó claro que esa descripción se estaba deshilachando en los bordes, y entonces Einstein ofreció una versión más completa», dijo Andrea Ghez, astrofísica de la UCLA y codirectora de la nueva investigación. «Y así, hoy estamos de nuevo en ese punto en el que entendemos que tiene que haber algo más completo que nos permita describir la gravedad en el contexto de los agujeros negros».