Respuestas (LXX): ¿Existe la antigravedad?

Ya he vuelto oficialmente a mi hogar de internet y hoy he querido hablar sobre otro tema que me sugirió un lector vía jordipereyra@cienciadesofa.com.

Resulta que alguien que supuestamente se llama Alan Harris estuvo leyendo información en internet sobre el desarrollo de una supuesta tecnología antigravitatoria y me quiso preguntar dos cosas: si la antigravedad es un fenómeno real y, de ser así, si estamos remotamente cerca de conseguir aprovechar su potencial.

Tengo malas noticias para ti, Alan Harris.

Antes de empezar a hablar sobre los avances en el campo de la antigravedad, aclaremos qué NO es la antigravedad: no es lo que permite a los astronautas “flotar” en el espacio (como comentaba en esta entrada) ni tiene nada que ver con el magnetismo que mantiene la peonza del siguiente vídeo suspendida en el aire:

En estos casos, los objetos involucrados no están experimentando ninguna “fuerza antigravitatoria. Los dos parecen inmunes al efecto de la gravedad a causa de fenómenos completamente distintos (la velocidad y el magnetismo) que contrarrestan la magnitud de la atracción gravitatoria que tira de ellos hacia abajo. Quería matizar este detalle porque hay empresas que utilizan el término “antigravedad” muy a la ligera con tal de hacer atractivos en sus productos.

¿Entonces no puedo referirme a mis torneados gemelos como “generadores de impulsos antigravitatorios de corta duración”?

Mientras no intentes vender tus piernas en eBay no te voy a poner ninguna pega, voz cursiva.

Pero, bueno, para entender el fenómeno de la antigravedad, hagamos primero un breve repaso sobre la naturaleza de la gravedad.

Como había comentado en otros artículos en los que hablaba sobre la teoría de la relatividad (por ejemplo, este sobre la película Interstellar), la gravedad no es una fuerza, aunque casi siempre nos referimos a ella como tal.

Es verdad que Newton consideró que la gravedad es una fuerza para formular sus teorías y pudo predecir con bastante precisión el movimiento de una gran cantidad de cuerpos celestes que hasta entonces nadie había podido anticipar. Pero había fenómenos que la interpretación de Newton de la gravedad no podía explicar, como por ejemplo la precesión de la órbita del planeta Mercurio. Estas incógnitas fueron resultas por la interpretación de la gravedad de don Alberto Unapiedra.

En su teoría de la relatividad general, Einstein postuló que el universo está inundado por un tejido espacio-temporal y que el campo gravitatorio de un objeto es en realidad la curvatura que su masa provoca sobre este tejido, que no sólo altera la geometría del espacio en ese lugar, sino también el ritmo con el que transcurre el tiempo a su alrededor (de nuevo, en la entrada que he mencionado lo explico con más detalle).

Para entender mejor el concepto se suele representar el tejido espacio-temporal como una malla elástica que tiene algún objeto encima que la hunde. El “socavón” que deja el objeto en la malla es el equivalente a su campo gravitatorio, que será más extenso y profundo cuanto más masivo sea el objeto.

Distintos cuerpos celestes que deforman el espacio-tiempo en medidas diferentes. (Fuente)

O sea que, mientras Newton aseguraba que la gravedad era una fuerza que aparecía entre dos masas, en la teoría de la relatividad de Einstein la gravedad es la interacción de las masas con esta curvatura del espacio: si un objeto pasa por una de estas depresiones espacio-temporales, su trayectoria se verá desviada en mayor o menor medida dependiendo de la velocidad que lleve y la masa que tenga, igual que si se hubiera encontrado con un socavón en una carretera.

Si el objeto va muy rápido, entonces pasará a través de esta región deprimida sin apenas alterar su trayectoria, pero si va demasiado despacio se precipitará hacia su interior. Si lleva la velocidad justa y entra en ella en el ángulo adecuado, entonces el objeto puede quedar atrapado para siempre dando vueltas contra las paredes de la depresión en el espacio-tiempo… O, lo que es lo mismo, adoptar una órbita alrededor del objeto que la provoca.

Si el ejemplo no ha quedado claro, os dejo este vídeo en el que se demuestra la analogía entre la gravedad, la malla y las masas de una manera más visual:

Eso sí, hay que tener en cuenta que la analogía de la malla y las masas no se ajusta completamente a la realidad porque vivimos en un universo tridimensional, así que el espacio-tiempo se deforma en tres dimensiones, no en dos. O sea que, en realidad, la masa deforma el espacio-tiempo como aparece en el dibujo de la derecha, no el de la izquierda.

A la izquierda el ejemplo de la malla, a la derecha el tejido espacio-temporal curvado en tres dimensiones.

Y ahora, por fin, podemos hablar de antigravedad.

Conociendo esta analogía, se puede considerar la antigravedad como un fenómeno que deforma el espacio-tiempo en sentido contrario a la gravedad: un objeto con propiedades antigravitatorias crearía un “montículo” bajo él al colocarlo sobre una malla… O tendería a expandir hacia afuera las líneas del tejido del espacio-tiempo, en el ejemplo tridimensional.

En cualquier caso, un cuerpo que se estuviera paseando en línea recta por el espacio y se topara con una región curvada por un objeto con propiedades antigravitatorias vería su trayectoria desviada hacia la dirección opuesta al objeto, en vez de hacia él. O sea, que se podría representar un campo antigravitatorio y su interacción con otros objetos en movimiento como algo así:

A partir de aquí, la cosa se complica para la existencia de la antigravedad.

La gravedad es la manifestación de cómo una masa curva el espacio-tiempo y, hasta donde sabemos, la masa sólo puede curvar el espacio-tiempo en una dirección. Además, cualquier pedazo de materia que conocemos tiene masa… Y los objetos están compuestos por materia, claro. Entonces, ¿cómo diablos se supone que un objeto podría curvar el espacio en el sentido opuesto al que lo hace la gravedad?

Pues resulta que las ecuaciones de Einstein son compatibles con la existencia de algún tipo de “masa negativa” que curve el tejido espacio-temporal en la dirección contraria. O, al menos, son compatibles desde el punto de vista matemático.

Eso sí: de existir, esta masa negativa daría lugar a unas situaciones… Bueno, curiosas.

La masa negativa y la “positiva” (de la que estamos compuestos nosotros, vaya) no se comportarían como los polos de los imanes: la masa negativa tendería a repeler masas tanto positivas como negativas, mientras que las masas positivas atraen a los dos tipos de masa.

Como resultado, si colocáramos una masa positiva en las cercanías de una masa negativa idéntica, entonces la masa positiva se vería repelida por la masa negativa, pero la negativa intentaría acercarse a la positiva en la misma medida. El resultado es que las dos masas se empezarían a mover en la misma dirección (la negativa “persiguiendo” a la positiva), acelerando indefinidamente y alcanzando fracciones cada vez más cercanas a la velocidad de la luz.

Lo curioso es que este extraño fenómeno no violaría las leyes de la física porque, como la masa negativa tendría un momento de inercia negativo, el momento de inercia total se conservaría siempre en el sistema, por mucho que acelerara.

Sabiendo esto, sobra decir que la interacción entre la masa normal y la hipotética masa negativa nos vendría de perlas, porque se podrían utilizar masas negativas que tiraran de nuestros vehículos espaciales hasta que alcanzaran velocidades que nos permitan visitar sistemas estelares lejanos en un periodo de tiempo razonable.

Hombre, la idea suena bastante bien. Pero, ¿hay algún indicio de que exista esta masa negativa?

Ese es el pequeño problema del asunto: nunca hemos visto indicios de la existencia de masa negativa a nuestro alrededor. Hay que tener en cuenta que, aunque las matemáticas de la teoría de la relatividad no ponen ninguna pega a la introducción de una masa negativa en las fórmulas, tampoco predicen que su existencia sea necesaria.

El consenso es que la masa negativa no existe, precisamente porque daría lugar a este tipo de fenómenos extraños de los que nunca se ha visto señal alguna. Aun así, si la masa negativa existiera en algún lugar del espacio, entonces se podría detectar por la huella que dejaría en las ondas gravitacionales (de las que hablaba en esta otra entrada).

Al deformar en el tejido espacio-temporal en el sentido opuesto a la gravedad convencional, un pedazo de masa negativa absorbería las ondas gravitacionales provocadas por la materia ordinaria, de manera que podríamos detectar la presencia de la masa negativa que se encontrara entre nosotros y la fuente emisora de ondas si detectáramos algún tipo de bloqueo en la señal.

Aunque, por supuesto, no hace ni un año que detectamos por primera vez las ondas gravitacionales, así que aún tenemos que refinar mucho la tecnología si pretendemos empezar a buscar masa negativa en el espacio.

¿Y no podría ser que la famosa antimateria sea la masa negativa?

No, no, la antimateria está compuesta por partículas que tienen las mismas propiedades que los protones y neutrones, pero la carga opuesta (los antiprotones con carga negativa y positrones con carga positiva, en vez de al revés). Su masa, entre otras de sus propiedades, es la misma.

Pues menudo bajón. ¿En serio no hay ninguna otra manera de conseguir antigravedad?

Bueno, he encontrado este artículo que sugiere que un cuerpo podría generar una “gravedad repulsiva” cuando se desplaza a velocidades superiores al 57% de la velocidad de la luz, aunque el autor de este otro blog señala varios fallos en la teoría y que la cifra es en realidad el 70,7%. En cualquier caso, se estima que un objeto que viajara a una fracción considerable de la velocidad de la luz estaría rodeado por un “halo antigravitatorio” que repelería la materia que se encontrara en sus inmediaciones.

El autor sugiere que, si estuviera en lo correcto, se podría utilizar el LHC para comprobar la existencia de este efecto: bastaría con hacer que dos haces de partículas que viajen a velocidades cercanas a las de la luz pasaran muy cerca uno de otro, sin llegar interaccionar tocarse, para ver si su trayectoria sufre algún cambio.

Pero, vaya, tampoco he podido encontrar mucha más información al respecto, así que creo que es mejor tomar esta afirmación con pinzas, por si acaso. Hasta donde llegan mis conocimientos, creo que poco más puedo decir sobre la “antigravedad”.

¿Cómo? ¿ya está? ¿Y qué hay de toda la gente que ha construido aparatos antigravitaatorios y cuelga vídeos en Youtube? No estarás intentando ocultarnos información o incluso LA VERDAD, ¿eh?

Igual que ocurre con los vídeos de supuestas máquinas de movimiento perpetuo (de las que hablaba en esta otra entrada), es muy fácil falsear un vídeo para que parezca que lo que se está mostrando es un dispositivo antigravitatorio… Y ganar dinero hablando sobre él.

Pero, claro, una cosa es mostrar al mundo un invento en un vídeo y otra muy distinta es dejar que otra gente ponga a prueba tu invento para que comprobar que, efectivamente, no hay ningún engaño y que has construido un aparato antigravitatorio de verdad.

Demostrar al mundo que tu idea funciona tiene incluso su recompensa: el premio Göde, del Institute for Gravity Research, ofrece un millón de euros a la persona que consiga demostrar que su aparato antigravitatorio funciona. Por desgracia, ninguna de las ideas que ha puesto a prueba desde su fundación en 1998 han funcionado. De hecho, aunque su organización pretende incentivar a la gente para hacer “posible lo imposible“, asumen que la tecnología antigravitatoria no va a estar disponible en un futuro cercano.

Espero que este artículo no haya sido excesivamente decepcionante, agente Alan Harris.

 

PERO, OJO. Si queréis estar entretenidos hasta que alguien desarrolle la tecnología antigravitatoria que tanto ansiáis, esto que os voy a decir ahora os puede interesar.

Ciencia de Sofá tiene un libro nuevo, “Las 4 fuerzas que rigen el universo“, donde hablo sobre cómo las cuatro fuerzas fundamentales dan forma a nuestro universo, su descubrimiento y su efecto sobre nuestras vidas. Por otro lado, el libro “viejo” (“El universo en una taza de café“) va por la tercera edición y ahora vuelvo a ofrecer suscripciones a la revista de National Geographic así que, si os interesa alguna de estas propuestas, podéis acceder a una entrada donde las explico con más detalle haciendo click sobre la siguiente imagen 🙂