Si uno, un buen día, se pregunta a qué se debe la gravedad, de dónde viene y adónde va, no tiene más remedio que hacer un recorrido por los conceptos y teorías que se corresponden con el espacio-tiempo. Pero, según publica en el periódico El País Prado Martín, doctora en Física, no resulta complicado: «el espacio-tiempo es un único continuo que contiene todos los sucesos que tienen lugar en el Universo, lo que quiere decir que se considera el cosmos como un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, las tres espaciales más la temporal».

En este sentido, la misma científica añade que «según la Teoría de la Relatividad General, la gravedad es una característica geométrica del espacio-tiempo, es decir, los efectos gravitatorios son una consecuencia de la forma del espacio-tiempo. Si el espacio-tiempo está curvado, los objetos que contiene se moverán afectados por esa curvatura y entonces podemos decir que están afectados por la gravedad. Como todo está contenido en el espacio-tiempo, todo siente la gravedad y, por lo tanto, se mueve teniendo en cuenta su curvatura».

No obstante, y ante esta explicación, salta una duda: ¿por qué el espacio-tiempo tiene que estar curvado? Para Martín, la respuesta es que «la causante de la curvatura del espacio-tiempo es la energía que contiene. Podemos hacer una analogía pensando en el espacio-tiempo como una cama elástica. Esta cama se curva cuando ponemos una pelota encima. Así podemos entender que el movimiento de un planeta en torno a una estrella como el Sol es el movimiento del planeta cayendo por la curvatura de la cama elástica, sin necesidad de hablar de una fuerza a distancia que ejerce la estrella».

Pero también hay que recordar que «toda energía curva el espacio-tiempo y que la manera en que lo curva depende de la naturaleza de la energía y las características de su distribución. Además, la relación entre la forma del espacio-tiempo (y por tanto la gravedad) y la energía va en las dos direcciones; de hecho, el físico teórico estadounidense John A. Wheeler lo resumió de una manera muy gráfica afirmando que el espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse mientras la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse».

Por otro lado, si se quiere saber cuánta energía hay en un volumen y cómo curva el espacio-tiempo, se necesita conocer muchas características de su distribución. «Para describir toda esa información de forma simple usamos un objeto matemático al que llamamos tensor energía-momento. Este objeto matemático encierra toda la información gravitatoria de la energía de una forma que es útil para cualquier observador independientemente de su movimiento», añade Prado Martín.

Si pensamos en una distribución de partículas en un volumen, su tensor energía-momento se construye combinando la información de la masa de las partículas (necesaria para conocer su energía) y su momento o cantidad de movimiento (que es la masa por la velocidad). Pero también podemos pensar en regiones en las que no hay una o varias partículas, pero sí hay energía. Por ejemplo, el campo electromagnético, que le da propiedades electromagnéticas a una región del espacio, también tiene energía y momento asociados.

En general, «el tensor energía-momento de una región contiene la información sobre la densidad de energía, sus flujos, las presiones en todas las direcciones y las tensiones en ese volumen; así, la gravedad está causada por todas estas características de las distribuciones de energía. Es más, el tensor energía-momento es el objeto matemático que se relaciona directamente con las características de la geometría del espacio-tiempo en las celebradas ecuaciones de Einstein, que relacionan materia con geometría. Y nos sirve para averiguar la curvatura del espacio-tiempo, es decir, la gravedad, que provoca la existencia en ese espacio-tiempo de determinada energía», concluye la física.

Nota

Martín Moruno, P. (2020). ¿Qué causa la gravedad? El País. Septiembre, 9.