La Historia de la Gravedad

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La Historia de la Gravedad

Uno de los comportamientos más generalizados que experimentamos, no es de extrañar que incluso los primeros científicos intentaron comprender por qué los objetos caen hacia el suelo. El filósofo griego Aristóteles hizo uno de los intentos más tempranos y completos de explicar científicamente este comportamiento, al exponer la idea de que los objetos se movían hacia su «lugar natural».

Este lugar natural para el elemento de la Tierra estaba en el centro de la Tierra (que era, por supuesto, el centro del universo en el modelo geocéntrico de Aristóteles del universo). Rodeando la Tierra había una esfera concéntrica que era el reino natural del agua, rodeada por el reino natural del aire, y luego el reino natural del fuego por encima de eso. Así, la Tierra se hunde en el agua, el agua se hunde en el aire y la llama se eleva por encima del aire. Todo gravita hacia su lugar natural en el modelo de Aristóteles, y es bastante consistente con nuestra comprensión intuitiva y observaciones básicas sobre cómo funciona el mundo.

Aristóteles además creía que los objetos caen a una velocidad que es proporcional a su peso. En otras palabras, si tomas un objeto de madera y un objeto de metal del mismo tamaño y los dejas caer a ambos, el objeto de metal más pesado caerá a una velocidad proporcionalmente más rápida.

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Galileo y el movimiento

La filosofía de Aristóteles sobre el movimiento hacia el lugar natural de una sustancia se mantuvo firme durante unos 2.000 años, hasta la época de Galileo Galilei. Galileo realizó experimentos haciendo rodar objetos de diferentes pesos en planos inclinados (no dejándolos caer de la Torre de Pisa, a pesar de las populares historias apócrifas en este sentido), y descubrió que cayeron con la misma velocidad de aceleración, independientemente de su peso.

Además de la evidencia empírica, Galileo también construyó un experimento de pensamiento teórico para apoyar esta conclusión. Aquí es cómo el filósofo moderno describe el enfoque de Galileo en su libro de 2013 Intuition Pumps y otras herramientas para pensar:

Algunos experimentos mentales son analizables como argumentos rigurosos, a menudo de la forma reductio ad absurdum, en los cuales uno toma las premisas de sus oponentes y deriva una contradicción formal (un resultado absurdo), mostrando que no todos pueden estar en lo correcto. Uno de mis favoritos es la prueba que se atribuye a Galileo de que las cosas pesadas no caen más rápido que las más ligeras (cuando la fricción es insignificante). Si lo hicieran, argumentó, entonces, dado que la piedra pesada A caería más rápido que la piedra ligera B, si atábamos B a A, la piedra B actuaría como una resistencia, disminuyendo la velocidad de A. Pero A atado a B es más pesado que A solo, por lo tanto, los dos juntos también deberían caer más rápido que A por sí mismo. Hemos llegado a la conclusión de que vincular B con A haría que algo se cayera más rápido y más lento que A por sí mismo, lo cual es una contradicción.

Newton presenta la gravedad

La principal contribución desarrollada por Sir Isaac Newton fue reconocer que este movimiento de caída observado en la Tierra era el mismo comportamiento de movimiento que la Luna y otros objetos experimentan, lo que los mantiene en su lugar en relación uno con el otro. (Esta idea de Newton se construyó sobre el trabajo de Galileo, pero también al abrazar el modelo heliocéntrico y el principio copernicano, que había sido desarrollado por Nicholas Copernicus antes del trabajo de Galileo).

El desarrollo de Newton de la ley de la gravitación universal, más a menudo llamada la ley de la gravedad, reunió estos dos conceptos en forma de una fórmula matemática que parecía aplicarse para determinar la fuerza de atracción entre dos objetos con masa. Junto con las leyes de movimiento de Newton, creó un sistema formal de gravedad y movimiento que guiaría la comprensión científica sin oposición durante más de dos siglos.

Einstein redefine la gravedad

El próximo paso importante en nuestra comprensión de la gravedad proviene de Albert Einstein, en la forma de su teoría general de la relatividad, que describe la relación entre la materia y el movimiento a través de la explicación básica de que los objetos con masa en realidad doblan la trama misma del espacio y el tiempo ( colectivamente llamado espacio-tiempo). Esto cambia la trayectoria de los objetos de una manera que está de acuerdo con nuestra comprensión de la gravedad. Por lo tanto, la comprensión actual de la gravedad es que es el resultado de objetos que siguen el camino más corto a través del espacio-tiempo, modificado por la deformación de objetos masivos cercanos. En la mayoría de los casos con los que nos encontramos, esto está en completo acuerdo con la clásica ley de gravedad de Newton. Hay algunos casos que requieren una comprensión más refinada de la relatividad general para ajustar los datos al nivel de precisión requerido.

La búsqueda de la gravedad cuántica

Sin embargo, hay algunos casos en los que ni siquiera la relatividad general puede darnos resultados significativos. Específicamente, hay casos en que la relatividad general es incompatible con la comprensión de la física cuántica.

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Uno de los más conocidos de estos ejemplos es el límite de un agujero negro, donde el tejido liso del espacio-tiempo es incompatible con la granularidad de energía requerida por la física cuántica. Esto fue resuelto teóricamente por el físico Stephen Hawking, en una explicación que predijo que los agujeros negros irradian energía en forma de radiación de Hawking.

Lo que se necesita, sin embargo, es una teoría integral de la gravedad que pueda incorporar completamente la física cuántica. Tal teoría de la gravedad cuántica sería necesaria para resolver estas cuestiones. Los físicos tienen muchos candidatos para tal teoría, el más popular de los cuales es la teoría de cuerdas, pero ninguno que proporcione evidencia experimental suficiente (o incluso predicciones experimentales suficientes) para ser verificado y aceptado ampliamente como una descripción correcta de la realidad física.

Misterios relacionados con la gravedad

Además de la necesidad de una teoría cuántica de la gravedad, hay dos misterios impulsados ​​experimentalmente relacionados con la gravedad que aún deben resolverse. Los científicos han descubierto que para que nuestra comprensión actual de la gravedad se aplique al universo, debe haber una fuerza atractiva invisible (llamada materia oscura) que ayuda a mantener unidas a las galaxias y una fuerza repulsiva invisible (llamada energía oscura) que empuja las galaxias distantes a un nivel más rápido tarifas

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