“¿Por qué debería esa manzana siempre descender perpendicularmente hacia el suelo? ¿Por qué no va hacia los lados o hacia arriba, sino constantemente al centro de la Tierra? Ciertamente la razón es que la Tierra tira de ella”. Isaac Newton
En junio de 1969 una nave espacial despegó de la Tierra con el fin de llevar a tres hombres a la Luna. Por primera vez en la historia de la humanidad se lograba la hazaña de que un miembro de esta especie –que hace sólo unos siglos pensaba que la Tierra estaba fija– ponía el pie en otro cuerpo celeste. Aunque la tecnología utilizada era la más avanzada de la época, las ecuaciones necesarias para el diseño de la trayectoria del vuelo estaban basadas en una sola: la ley de la gravitación universal (conocida como la ley de la gravedad).
En esta ocasión comentaremos sobre la promulgación de esta ley, de los científicos que participaron en ella y de las consecuencias que tuvo en el desarrollo de la civilización.
LOS INICIOS
El hombre ha observado el cielo desde el principio de los tiempos. Esta actividad era fundamental para predecir las estaciones y para guiarse cuando empezó a navegar. A partir de estas observaciones pudo notar que ciertos cuerpos celestes parecían fijos o se movían en grupos, pero otros parecían como si vagaran en el cielo. A éstos los llamó planetas (“errante”, en griego).
En el siglo II d.C. Ptolomeo enunció su sistema geocéntrico, en el que predecía los movimientos de todos los planetas, el Sol y la Luna alrededor de la Tierra. Esta teoría permaneció sin cambios durante mil quinientos años. En 1543 Copérnico –al parecer influenciado por los escritos de un sabio árabe– promulgó su teoría de que todos los planetas giraban alrededor del Sol. Posteriormente, a partir de los datos recopilados por Tycho Brahe, Johannes Kepler enunció las tres leyes que definen el movimiento de los planetas.
LA LEY
Una vez entendida la forma en que se mueven los planetas, la siguiente pregunta fue: ¿Qué es lo que los hace moverse alrededor del Sol? En la época de Kepler se decía que había ángeles batiendo sus alas y empujando a los planetas. Si lo vemos de cierta forma, puede tomarse como una analogía romántica de lo que en realidad sucede, sólo que estos ángeles empujan en dirección al Sol.
En paralelo con los descubrimientos sobre el Sistema Solar, Galileo Galilei enunció el principio de la inercia, el cual dice lo siguiente: “Si nada actúa sobre un objeto y éste avanza a una determinada velocidad en línea recta, esta velocidad se mantendrá para siempre y el objeto seguirá por la misma línea recta”. Todos lo hemos comprobado al intentar detener una bola que rueda por el suelo. Ahora bien, si el objeto no sigue una línea recta, ¿a qué se debe? Pues no sigue una línea recta debido a que otra fuerza actúa sobre él.
Por lo tanto, si los planetas no siguen una línea recta y giran alrededor del Sol se debe a que existe una fuerza que tira de ellos en esa dirección. El siguiente paso era determinar cómo se comporta esta fuerza, llamada “gravedad”. Esto lo realizó uno de los más grandes físicos que han existido, Isaac Newton. A partir de una tarde en que descansaba bajo un árbol y vio caer una manzana –al menos eso dice la leyenda–, comenzó a preguntarse qué era lo que hacía que la manzana siempre fuera atraída hacia el suelo.
Posteriormente, llegó a la conclusión de que esa misma fuerza que atraía a la manzana era la que mantenía a la Luna girando alrededor de la Tierra y a ésta alrededor del Sol. A partir de los datos sobre cómo varían los períodos de los planetas según su distancia al Sol, enunció que la fuerza disminuye con el cuadrado de la distancia. Esto es, si un objeto aumenta su distancia al doble, la fuerza de atracción que experimenta disminuye cuatro veces y si la distancia aumenta al triple, la fuerza que lo atraerá bajará a la novena parte.
Newton enunció la ecuación que define la ley de la gravitación universal, una ecuación simple y hermosa que cambió por completo nuestra forma de entender el Cosmos. Esta ley afirma que todo cuerpo en el universo atrae a los demás cuerpos con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa (el resultado se multiplica por un número en concreto, llamado constante de gravitación).
Esta ley es universal, lo que significa que se cumple en cualquier lugar del Cosmos (aquí radica parte de su belleza), esto es, nos dice de qué forma cae una manzana al suelo, pero también nos explica cómo se atraen dos galaxias que se encuentran a millones de años-luz de nosotros. Como muchos descubrimientos científicos, la ley de la gravitación universal no se puede considerar definitiva (aquí está otra parte de su belleza), pero mientras no se encuentre una forma de desmentirla la podemos considerar como una verdad universal. De hecho, después surgieron algunas correcciones.
CONSECUENCIAS
Uno de las primeras consecuencias de este descubrimiento fue la explicación del fenómeno de las mareas, ocasionadas por la atracción entre la Luna y la Tierra. Unos años después, a partir de las observaciones realizadas a las lunas de Júpiter, el astrónomo holandés Olaus Roemer descubrió que la luz no aparecía de forma instantánea (aunque nosotros así la percibamos), sino que viaja a una cierta velocidad y la calculó por primera vez.
Utilizando la ley de la gravitación universal los astrónomos John Couch Adams y Urbain Leverrier observaron –de forma independiente y casi simultánea–, en el siglo XIX, diferencias respecto a lo calculado en la órbita de Urano, y concluyeron que se debían a un planeta no descubierto todavía. Incluso, predijeron el punto en el que debía encontrarse y escribieron cartas a sus respectivos observatorios para que apuntaran sus telescopios en esa dirección.
Uno de los observatorios no hizo caso (¿cómo era posible que un ratón de biblioteca sentado en un escritorio con papel y lápiz les dijera dónde está un nuevo planeta?), pero afortunadamente el otro sí tomó en serio la sugerencia y de esta forma descubrieron el planeta Neptuno.
LAS LIMITACIONES
En 1915 Albert Einstein enunció la teoría de la relatividad general (la teoría que había enunciado diez años antes es conocida como la teoría de la relatividad especial) en la cual incorpora la gravedad. Uno de sus enunciados es que la masa y la energía deforman el espacio-tiempo, por lo que la luz se desvía al pasar por un objeto de gran masa. Esto fue comprobado en 1919 mediante el análisis de un eclipse, en el cual se observó cómo la luz de una estrella se curva al pasar cerca del Sol.
CONCLUSIÓN
Aun con la teoría de la relatividad general, la ley de la gravitación universal sigue siendo válida para todos los efectos prácticos en nuestra vida diaria. A partir de los descubrimientos realizados por científicos hace cuatro siglos es que ahora podemos entender cómo termina la vida de una estrella, la forma en que se atraen las galaxias, la predicción de los eclipses y la reaparición de los cometas. Además, la ley de la gravitación universal ha servido para el lanzamiento de los satélites, las naves espaciales, la llegada del hombre a la Luna, los vehículos motorizados en Marte y las sondas espaciales que en este momento se encuentran más allá del Sistema Solar.
La ley de la gravitación universal es sólo una muestra –de las más importantes– sobre cómo la ciencia nos ayuda a entender el universo. Es un viaje que inició en el Renacimiento y que seguramente nos llevará, en unas décadas, a colonizar otros planetas.
rodolfoechavarria@eluniversodemaxwell.com
