Una nueva teoría de la gravedad

No comprendemos el universo que nos rodea tan bien como nos gustaría. Por ejemplo, para poder explicar lo que observamos a nuestro alrededor, necesitamos incluir cosas como la materia y la energía oscura. Una nueva hipótesis sobre la gravedad podría librarnos de ellas…

Viendo la gravedad de otra manera

Cuanto más masivo es un objeto, más distorsiona el espacio-tiempo, que aquí se muestra como una rejilla verde. La Tierra orbita alrededor del Sol moviéndose en esa depresión creada por la masa del Sol en la fábrica del espacio tiempo. No cae hacia la estrella porque también tiene su propio movimiento hacia delante. Crédito: LIGO/T. Pyle

Cuanto más masivo es un objeto, más distorsiona el espacio-tiempo, que aquí se muestra como una rejilla verde. La Tierra orbita alrededor del Sol moviéndose en esa depresión creada por la masa del Sol en la fábrica del espacio tiempo. No cae hacia la estrella porque también tiene su propio movimiento hacia delante.
Crédito: LIGO/T. Pyle

Olvidémonos de que la materia oscura es algo un tanto difícil de comprender. Los astrónomos han hecho todo lo posible para explicar por qué debe existir y ser muy abundante y, sin embargo, ser también invisible. No emite energía visible y sin embargo es lo suficientemente fuerte para mantener a las galaxias agolpadas en cúmulos y evitar que salgan disparadas en todas direcciones. Es decir, está en todas partes en abundancia, y no sabemos qué la podría componer.

Sea como fuere, lo cierto es que, si la energía y la materia oscura están ahí (y todo nos hace indicar que es así), quiere decir que el 27% de toda la materia del universo es invisible, mientras que todo lo demás que puedes ver, desde un vaso de plástico a una galaxia de miles de años-luz representa sólo el 4,9%. Ahora, un físico teórico, Erik Verlinde, de la Universidad de Amsterdam, ha propuesto una nueva teoría de la gravedad que nos permitiría explicar lo que observamos sin la energía y la materia oscura.

Una propiedad del espacio

Este diagrama muestra las curvas de rotación de las estrellas en M33, una galaxia espiral. La escala vertical indica velocidad, y la horizontal distancia al núcleo de la galaxia. Aunque esperaríamos que las estrellas más lejanas se muevan más lento (como muestra la curva inferior), en realidad se mueven mucho más rápido (curva superior). Esa discrepancia entre ambas se puede explicar añadiendo una corona de materia oscura alrededor de la galaxia. Crédito: Wikipedia

Este diagrama muestra las curvas de rotación de las estrellas en M33, una galaxia espiral. La escala vertical indica velocidad, y la horizontal distancia al núcleo de la galaxia. Aunque esperaríamos que las estrellas más lejanas se muevan más lento (como muestra la curva inferior), en realidad se mueven mucho más rápido (curva superior). Esa discrepancia entre ambas se puede explicar añadiendo una corona de materia oscura alrededor de la galaxia.
Crédito: Wikipedia

A diferencia del concepto tradicional, en el que vemos la gravedad como una fuerza fundamental de la naturaleza, Verlinde propone que es una propiedad emergente del espacio. La emergencia es un proceso en el que la naturaleza fabrica algo grande a partir de pequeñas piezas, de tal modo que la creación final muestra propiedades que las partes pequeñas no tienen. Podemos utilizar un copo de nieve como ejemplo. Su compleja simetría comienza cuando una gota de agua se congela sobre una pequeña partícula de polvo. A medida que el copo de nieve cae, más vapor de agua se congela sobre ese cristal original, ordenándose de forma natural en una estructura hexagonal (seis lados) que suele ser muy bella. La sensación de la temperatura también es un fenómeno emergente, que surge del movimiento de moléculas y átomos.

Según Verlinde, la gravedad emerge de la entropía. Como quizá sepas, esta palabreja de marras (que nos encontramos de cuando en cuando al hablar de diversos aspectos de la ciencia) es una medida del desorden de un sistema o, si lo prefieres, la entropía indica la cantidad de estados microscópicos diferentes en los que un sistema puede encontrarse. Uno de los ejemplos más curiosos tiene que ver con el calor que radian nuestros cuerpos. A medida que esa energía se disipa en el aire, se crea un estado más desordenado a nuestro alrededor mientras, al mismo tiempo, reducen nuestra entropía personal para garantizar nuestra supervivencia. Si no nos librásemos del calor corporal, terminaríamos desorganizándonos con fatales resultados…

Gravedad entrópica

El anillo de oscuridad en este cúmulo galáctico, Cl 0024+17, indica la presencia de materia oscura. Crédito: NASA, ESA, M.J. Jee y H. Ford (Johns Hopkins University)

El anillo de oscuridad en este cúmulo galáctico, Cl 0024+17, indica la presencia de materia oscura.
Crédito: NASA, ESA, M.J. Jee y H. Ford (Johns Hopkins University)

La nueva teoría planteada viene a llamarse, en castellano, algo así como gravedad entrópica o emergente y predice con exactitud la misma desviación en el ritmo de rotación de las estrellas en las galaxias que ahora mismo se atribuye al efecto de la materia oscura. En el modelo planteado en este caso, la gravedad emerge de cambios en los bits fundamentales de información almacenados en la estructura del espacio tiempo, ese continúo de cuatro dimensiones que Einstein nos ayudó a comprender con teoría de la relatividad general. Dicho de otra manera, la gravedad es una consecuencia de la entropía y no una fuerza fundamental.

El espacio-tiempo, compuesto por tres dimensiones físicas y una cuarta, el tiempo, es flexible. La masa deforma la fábrica de cuatro dimensiones en colinas y valles que dirigen el movimiento de los objetos más pequeños a su alrededor. El Sol no atrae a la Tierra como sugería Isaac Newton, si no que crea un gran pliegue a través del que se mueve nuestro planeta a lo largo de su órbita en el Sistema Solar.

En 2010, Verlinde ya publicó un estudio hablando sobre cómo la ley de la gravedad de Newton, que nos permite describir como cae todo, desde las manzanas a las galaxias que giran en torno a otras, se deriva de esos pequeños bloques microscópicos que dictan su funcionamiento.

Un concepto complejo

El efecto de lente gravitacional que se puede ver en este cúmulo galáctico (Abell 1689) indica la presencia de materia oscura. Crédito: NASA, N. Benitez (JHU), T. Broadhurst (Racah Institute of Physics/The Hebrew University), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI),G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory) y ESA.

El efecto de lente gravitacional que se puede ver en este cúmulo galáctico (Abell 1689) indica la presencia de materia oscura.
Crédito: NASA, N. Benitez (JHU), T. Broadhurst (Racah Institute of Physics/The Hebrew University), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI),G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory) y ESA.

En este nuevo estudio, en el que plantea su hipótesis, repasa la contribución de la energía oscura. La entropía asociada con ella, una forma de energía desconocida pero que sabemos que es la responsable de la aceleración de la expansión del universo, convierte la geometría del espacio-tiempo en un medio elástico. Dicho de otro modo, en la hipótesis planteada por este investigador, se habla de que la deformación del espacio tiempo, que sería provocada por la energía y la materia oscura, es en realidad un remanente, un efecto de memoria, de la emergencia del espacio-tiempo junto a la materia ordinaria que se encuentra en el.

Como supongo que esto todavía suena a chino, el mejor ejemplo que se me ocurre es el de esos colchones que se pueden comprar en algunas grandes superficies, como Ikea. Con el paso del tiempo, suelen terminar deformándose y amoldándose a la forma de nuestro cuerpo. Cuando le damos la vuelta, eventualmente, el colchón termina volviéndose a amoldar a nuestro cuerpo por ese lado y desaparece la forma en el otro. Es una analogía bastante simple y cutre, pero es lo mejor que se me ocurre si todavía no tienes claro a qué se refiere Verlinde con la elasticidad del espacio-tiempo. No es exactamente lo mismo, pero nos puede valer como ejemplo.

En definitiva, es una teoría muy compleja en la que se propone que la gravedad no es una fuerza fundamental, y la verdad es que es una forma muy interesante de enfrentarnos a una vieja conocida que nunca hemos sabido muy bien cómo hacer encajar con el resto de fuerzas fundamentales de la naturaleza. A fin de cuentas, muchos físicos llevan décadas intentando reconciliar la gravedad con la física cuántica sin mucho éxito.

La teoría de Verlinde es sólo eso, una hipótesis que hay que coger con pinzas, pero quizá sirva para abrir el camino que nos permita aunar las dos disciplinas en una sola, esa famosa y ansiada teoría del todo que sea capaz de explicar desde cómo se cae la manzana de un árbol a cómo están conectados los agujeros negros, y que de momento se nos resiste. El estudio es Erik Verlinde, “Emergent Gravity and the Dark Universe” y puede ser consultado en arXiv.

Referencias: Universe Today

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

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9 Respuestas

  1. Armando dice:

    “La Biblia nos dice cómo ir al cielo, no cómo funcionan los cielos”
    Por eso quiero ir al Cielo, para así entender cómo funciona. Por aquí en este mundo nos limitan muchas cosas.

  2. Daniel dice:

    Muy interesante esta propuesta de “gravedad entrópica o emergente”. Me pregunto, entonces, si la gravedad ya no es una fuerza fundamental, ¿cuantas fuerzas hay para Verlinde? A mi me parece que la humanidad actual volverá a tender a buscar una cosmogonia de forma diferente que en la antiguedad pero igual en esencia. Posiblemente cuando la astronomia-física se enriquezca con la física cuántica y sin ánimo de misticismos, esta capacidad de observar que hay en nosotros será un factor clave.

  3. Armando dice:

    Alex, me gustaría que hablaras de cómo nos afectaría la gravedad de otros planetas, sean estos con mayor o menor gravedad que la Tierra. Por ejemplo, me imagino que en Marte, a causa de una gravedad menor a la de la Tierra, sentiríamos más fuerza que aquí en la Tierra, ya que pesaríamos menos, en cambio, por ejemplo en Júpiter casi que no podríamos casi ni movernos.
    Me gustaría un vlog, o cuando menos una respuesta a mi comentario, respecto a mi duda.

  4. ventura dice:

    cósmico

  5. JESUS G BOHORQUEZ dice:

    Hay mucha gente que confunde un campo potencial con uno de flujo y es totalmente diferente la gravedad es un campo potencial desformacion espacio tiempo y no de flujo como lo es la entropia.

  6. Bonderman dice:

    Creo que ya lo había leído antes.

  1. 17 noviembre, 2016

    Información Bitacoras.com

    Valora en Bitacoras.com: No comprendemos el universo que nos rodea tan bien como nos gustaría. Por ejemplo, para poder explicar lo que observamos a nuestro alrededor, necesitamos incluir cosas como la materia y la energía oscura. Una nueva hipótes…

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