Noticias y artículos de física y ciencia en general: ¿Cómo afecta a la vida la gravedad cero?

Todas las fuerzas de la naturaleza tienen caras opuestas. El electromagnetismo, por ejemplo, puede atraer o repeler, dependiendo de las cargas de los cuerpos implicados. ¿Por qué la gravedad no repele?

La respuesta parece radicar en la teoría del campo cuántico. Las partículas que transmiten las fuerzas nucleares débil y fuerte tienen varios tipos de carga, como las cargas eléctricas. “Esas cargas pueden ser positivas o negativas, lo que lleva a diferentes posibilidades según el signo de la fuerza”, explica Frank Wilczek, del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Este no es el caso de los gravitones, las partículas hipotéticas que, según expone la teoría del campo cuántico, deberían transmitir la gravedad. “Los gravitones responden a la densidad de energía, que siempre es positiva”, dice Wilczek.

Pero no todo el mundo lo tiene tan claro: “No sabemos que la gravedad sea estrictamente una fuerza de atracción”, advierte Paul Wesson, de la Universidad de Waterloo en Ontario, Canadá. Ahí tenemos la “energía oscura”, que parece estar acelerando la expansión del Universo. Algunos físicos especulan con la idea de que la energía oscura podría ser una fuerza gravitacional de repulsión que solo actúa a gran escala. “Hay precedentes de un comportamiento semejante en una fuerza fundamental”, comenta Wesson. “La fuerza nuclear fuerte es de atracción a ciertas distancias y de repulsión a otras.”

Sea como fuere, la aparente diferencia entre la gravedad y las demás fuerzas fundamentales plantea un problema para los físicos que quieren crear una “teoría del todo” que proporcione una explicación única para todas ellas. Mientras no se resuelva ese misterio, la gran teoría unificadora será imposible.

Aunque la idea de construir un escudo gravitatorio cuenta ya con una larga historia, todavía nadie ha conseguido hacerlo. Quizá el intento más famoso sea el que llevó a cabo el científico emigrante ruso Evgeny Podkletnov.

En 1992, Podkletnov publicó un estudio en el que decía haber detectado una reducción del peso de 2% alrededor de un disco giratorio hecho con un superconductor cerámico. Martin Tajmar, investigador de la compañía Austrian Research Centers, publicó un hallazgo similar en 2003.Tres años más tarde, Tajmar y la Agencia Europea del Espacio anunciaron que habían medido un efecto en un superconductor giratorio que podría, con ulterior desarrollo, ser encauzado para afectar de algún modo a la gravedad. ¿Cómo es que hay quien piensa siquiera que algo así sea posible? La razón es que la relatividad no descarta la posibilidad de que el doblez del espacio-tiempo que da origen a la atracción de la gravedad pueda ser “desdoblada”, opina el físico Bahram Mashhoon, de la Universidad de Missouri.

Algunos investigadores han sugerido que más allá de cierta velocidad crítica, la relatividad puede dar efectos gravitacionales de repulsión que podrían ser usados como propulsión y como escudo gravitatorio.

Esto podría ser utilizado hipotéticamente para realizar viajes interestelares. “Con la tecnología disponible nos llevaría aproximadamente un millón de años llegar hasta la estrella más cercana”, dice Mashhoon.

Tómate un respiro y pega un salto. ¿Te has preguntado alguna vez lo extraordinario que resulta que se requiera un esfuerzo tan pequeño para saltar unos cuantos centímetros? Tus raquíticos músculos, que solo pesan unos kilos, pueden sobreponerse a la fuerza de la gravedad de la Tierra, a sus 6 x 1,024 kilos. La gravedad es realmente una debilucha en comparación con otros fenómenos: su atracción es 1,040 veces más débil que la fuerza electromagnética que mantiene unidos a los átomos.

Aunque las otras fuerzas actúan en diferentes rangos, y entre varias clases muy distintas de partículas, parecen tener potencias más o menos comparables entre sí. La gravedad es la que no acaba de encajar en este esquema.

¿Cuál es la razón? Hasta ahora, nuestra mejor explicación procede de la teoría de cuerdas, la candidata en cabeza para la “teoría del todo”. La teoría de cuerdas necesita que el Universo tenga más de las tres dimensiones espaciales que experimentamos, y posiblemente tantas como 10. Según las mejores ideas de los teóricos de las cuerdas, la gravedad es tan débil porque, al contrario que las otras fuerzas, se filtra o gotea dentro y fuera de esas dimensiones extra. Solamente llegamos a experimentar una “gotera” de la verdadera fuerza de gravedad.

La constatación de esto podría conseguirse por medio de experimentos que prueben la atracción gravitacional entre objetos que están separados por una distancia muy pequeña. La teoría de cuerdas sugiere que las dimensiones que no se ven se esconden a nuestra vista porque están muy enrolladas. Estas dimensiones compactadas podrían alterar la atracción gravitacional entre dos cuerpos si están separados por una distancia muy pequeña.

Una de las grandes esperanzas puestas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus antiguas siglas en francés), situado cerca de Ginebra, Suiza, es que nos dirá por qué la gravedad resulta tan débil. “El propósito del LHC, más o menos, es entender esta cuestión”, dice Lisa Randall, de la Universidad de Harvard, Massachusetts.

Aunque no es probable que dé una respuesta completa, la idea de que la gravedad resida en dimensiones extra y escondidas podría ser reforzada si el LHC halla evidencias de partículas en estados diferentes de los conocidos.

La debilidad de la gravedad es algo por lo que deberíamos estar agradecidos. Si fuera solamente un poco más fuerte, ninguno de nosotros estaríamos aquí para burlarnos de su naturaleza raquítica.

El Big Bang creó tanto la materia como un espacio-tiempo que se expande, y en el cual esa materia puede existir. Mientras la gravedad atraía a la materia entre sí, la expansión del espacio separaba las partículas de materia, y cuanto más se separaban éstas, más débil se volvía la fuerza de atracción entre ellas.

La lucha entre estas dos fuerzas llegó a un equilibrio extremo. Si la expansión del espacio hubiera superado la atracción de la gravedad en el Universo neonato, las estrellas, las galaxias y los humanos nunca habrían sido capaces de formarse.

Si la gravedad hubiera sido mucho más fuerte, las estrellas y las galaxias podrían haberse formado, pero habrían colapsado rápidamente en ellas mismas. Es decir, la distorsión gravitacional del espacio-tiempo habría plegado el Universo en un tremendo cataclismo. Nuestra historia cósmica habría terminado hace mucho tiempo.

Sólo el término medio, donde la expansión y la fuerza gravitacional se equilibraron un segundo después del Big Bang, ha permitido que la vida se cree. Ese es el tamaño de la constan- te gravitacional G, también conocida como la Gran G (Big G).

G es la menos correctamente definida de todas las constantes de la naturaleza. Sólo es fiable hasta en una parte por 10 mil, lo que la hace un número muy aproximado; la siguiente más cercana es el número fundamental llamado la constante de Planck, que es exacta en 2.5 partes por 100 millones. Es la debilidad de la gravedad lo que hace que G sea difícil de medir más exactamente, si bien este problema sólo es un asunto de laboratorio. La cuestión importante es: ¿de dónde sale ese valor? ¿Por qué G tiene el valor que permitió a la vida formarse en el cosmos? La respuesta más simple, aunque poco satisfactoria, es que no podríamos esta ahí para observarla si fuera diferente.

Y ésta es una conclusión científica. En cuanto a una respuesta más profunda... Nadie lo sabe. “Podemos hacer mediciones que determinen su tamaño, pero no tenemos ni idea al respecto de la procedencia de su valor”, dice John Barrow, de la Universidad de Cambridge. “Jamás se ha podido explicar ninguna constante básica de la naturaleza.

Charles Darwin fue el primer occidental que demostró que las plantas con raíces tienen sensores de gravedad: plomadas que les dan un sentido sobre lo que es arriba y abajo. Vuelca una maceta y verás que las raíces continúan creciendo hacia el centro de la Tierra.

Cuando se crían en el espacio, las plantas echan raíces desorientadas que no consiguen el mejor acceso a los nutrientes y al agua. La escasa producción de almidón es uno de los muchos efectos adversos de esto. Algunas semillas sembradas en microgravedad incluso producen plantas en las cuales los genes se expresan de forma diferente de la normal.

Los animales sufren un montón de problemas si se les priva de gravedad... aunque todavía no sabemos la historia completa. “Durante medio siglo hemos llevado animales vivos al espacio, pero todavía tenemos que hacer que un mamífero experimente todo su ciclo vital allí”, dice el biólogo Richard Wassersug, de la Universidad Dalhousie en Halifax, Nueva Escocia, Canadá.

Sabemos, eso sí, que puede haber problemas desde el principio. Experimentos en la estación espacial rusa Mir hallaron que salían menos codornices de lo normal de un número de huevos, y los polluelos que sí rompieron el cascarón fueron extraordinariamente propensos a sufrir anomalías.

Después se llevó a cabo un experimento en la lanzadera espacial Discovery de Estados Unidos, financiado por la empresa de comida rápida KFC (Kentucky Fried Chicken), que investigó el desarrollo de embriones de codorniz. Ninguno de los 16 embriones llegó a romper el cascarón. En gravedad normal, la yema permanece cerca a a la cáscara, pero en microgravedad flota en medio de la albúmina. Esto conlleva problemas en la transferencia de gas entre el embrión y el cascarón, que resultaron fatales para los embriones. Wassersug considera que estas dificultades podrían ser resueltas mediante una ingeniería adecuada, o llevando a los embriones al espacio en un estadio más avanzado.

Problemas incluso mayores surgen si los embriones sobreviven hasta ver la luz del día. Los polluelos que rompen el cascarón en microgravedad no tienen el suficiente equilibrio ni se orientan como para alimentarse. Los anfibios tienen problemas para respirar: su instinto es “subir” a tomar aire, pero no hay “arriba”.

Los humanos tienen problemas respiratorios por una razón diferente. En el espacio, la capacidad pulmonar de los astronautas se reduce porque no hay gravedad que obligue al diafragma a bajar.

Para empeorar las cosas, el hígado se emplaza más arriba en microgravedad, lo que reduce más el tamaño de los pulmones. Para un viaje corto, esto no supone un gran problema, pero ¿qué les pasaría a los bebés si nacieran en el espacio?

“No sabemos qué pasa si te desarrollas desde un bebé que gatea hasta un adulto con pulmones más pequeños”, dice Wassersug. “Hay muchas razones para creer que habría graves problemas que empezarían a manifestarse durante el crecimiento juvenil.”

Las cosas más sencillas son las más elocuentes: por ejemplo, no podrías toser para despejarte los pulmones. Como se ve, estas complicaciones podrían llegar a ser graves y peligrosas.